Paper Teknologi Kriogenik
Pencairan Gas Hidrogen
Kelompok 4
Aditya Kristianto / 1206249681
Gabriella Putri N / 1206239983
Julius Ferdinand T / 1206254731
Laras Novitasari / 1106070930
Muhammad Perdana / 1406582846
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA
DEPOK
2014
2
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan yang Maha Esa karena atas berkat dan rahmat-
Nya, penulis dapat menyelesaikan paper ini tepat pada waktunya. Paper mengenai pencairan gas hidrogen
ini dibuat sebagai salah satu bentuk tugas akhir untuk mata kuliah Teknologi Kriogenik.
Tugas ini pun tidak akan terealisasi tanpa adanya bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu,
penulis juga tidak lupa menyampaikan terima kasih kepada :
1. Dr. Ir. Nelson Saksono, M.T., selaku dosen pembimbing mata kuliah Teknologi Kriogenik
yang telah banyak memberikan bimbingan, pengarahan, dukungan dan nasehat dalam
penyusunan paper ini
2. Kedua orang tua dan keluarga penulis yang selalu memberikan dukungan dan semangat
kepada penulis.
3. Pihak-pihak lain yang turut membantu penulis, baik secara langsung maupun tidak langsung
selama proses penyelesaian paper ini yang tidak dapat disebutkan satu per satu.
Ada pepatah yang mengatakan bahwa Tiada gading yang tak retak. Penulis-pun juga menyadari
bahwa masih banyak kekurangan dalam penyusunan paper ini. Oleh sebab itu, penulis memohon maaf
apabila terjadi kesalahan teknis maupun non teknis di dalam paper ini. Kritik dan saran yang membangun
sangat penulis harapkan untuk perbaikan pada penulisan berikutnya.
Akhir kata, penulis berharap agar paper menenai pencairan hidrogen ini dapat menjadi sumber
referensi di bidang Teknik Kimia yang bermanfaat bagi banyak pihak.
Terima kasih.
Depok, 22 Desember 2014
Penulis
3
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ............................................................................................................................. 2
DAFTAR ISI ........................................................................................................................................... 3
ABSTRAKSI ........................................................................................................................................... 4
BAB I : PENDAHULUAN ..................................................................................................................... 5
BAB II : PROSES PENCAIRAN ........................................................................................................... 7
BAB III : PERALATAN UTAMA PROSES ........................................................................................ 18
BAB IV : INSTRUMENTASI ............................................................................................................... 22
BAB V : KESELAMATAN, PENANGANAN DAN PENYIMPANAN ........................................... 29
BAB VI : TRANSPORTASI DAN DISTRIBUSI ................................................................................ 36
BAB VII : KESIMPULAN .................................................................................................................... 39
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................................................ 40
4
ABSTRAK
Paper ini membahas mengenai proses pencairan gas hidrogen yang melibatkan siklus pencairan hidrogen
tekanan tinggi dan rendah, dengan tahap awal purifikasi hidrogen, dilanjutkan dengan aliran resirkulasi
hidrogen dan sirkulasi aliran pendingin nitrogen cair, sampai diperoleh hidrogen cair. Teknologi terbaru
menggunakan katalis juga dibahas dalam paper ini. Peralatan utama proses yang digunakan adalah
centrifugal hydride guided rotor compressor, plate-fin heat exchanger, Joule-Thomson Valve, dan
Expansion Turbine (Expander). Instrumentasi yang digunakan adalah fibre-optic detector untuk level,
termophile untuk temperatur, turbine-flow meter untuk laju alir, dan bellows untuk tekanan. Untuk
keselamatan, penanganan, dan penyimpangan liquid-hydrogen, dibahas mengenai hazard yaitu
kecenderungan bocor, rapuh, terbakar, dan timbul ledakan, safety yaitu ventilasi, alarm, dan pertolongan
darurat, storage yaitu untuk gas dan liquid, handling yaitu component control, dan silinder hidrogen.
Untuk transportasi dan distribusi liquid-hydrogen, menggunakan trailer truck untuk jarak jauh, dan akan
dikembangkan stasiun pengisian hidrogen di masa yang akan datang seiring perkembangan kendaraan
hidrogen.
Kata kunci : liquid-hydrogen, purifikasi, pencairan, katalis, compressor, heat-exchanger, JT valve, fibre-
optic, termophile, turbile-flow meter, bellows, hazard, safety, storage, handling, distribusi,
5
BAB I
PENDAHULUAN
Hidrogen adalah senyawa yang tidak berwarna, tidak berbau, tidak berasa, dan merupakan gas
yang mudah meledak namun tidak beracun. Hidrogen adalah gas paling ringan di antara gas lainnya.
Hidrogen mempunyai dua isomer, yaitu orto-hidrogen dan para-hidrogen. Sebagai suatu gas, hidrogen
terdiri dari campuran 75% orto-hidrogen dan 25% para-hidrogen pada temperatur ruang. Tabel 1
menunjukkan karakteristik fisik dari pada hidrogen.
Tabel 1. Karakteristik fisik hidrogen
Hidrogen mempunyai banyak karakteristik yang secara signifikan berbeda dari bahan bakar gas pada
umumnya seperti natural gas dan liquefied petroleum gases. Oleh karena itu, akan ada hazard yang timbul
ketika terjadi proses transportasi dan juga penyimpanan. Selain itu, desain, konstruksi, dan fasilitas operasi
dan handilng juga memiliki perbedaan. Berikut adalah Tabel 2 yang menunjukan perbedaan karakteristik
dari gas hidrogen sebagai bahan bakar dan juga natural gas serta liquefied petroleum gas.
6
Tabel 2. Perbandingan Karakteristik
7
BAB II
PROSES PENCAIRAN
Saat ini, proses pencairan hidrogen memiliki perkembangan yang pesat. Hal ini dikarenakan
kegunaan hidrogen yang luas membuat permintaan hidrogen semakin meningkat sehingga dibutuhkan
proses pencairan yang dapat menghasilkan hidrogen dalam skala besar. Salah satu kegunaannya adalah
penggunaan hidrogen cair pada bahan bakar roket. Pencairan untuk mendapatkan hidrogen murni dalam
skala kecil telah dikembangkan melalui beberapa penelitian supaya hasil penelitian tersebut dapat
digunakan pada produksi yang berskala besar.
Proses pencairan gas untuk mendapatkan hidrogen cair menggunakan prinsip dasar kriogenik, yang
dimana suhu operasinya berada dibawah 0. Produksi hidrogen cair terdiri dari beberapa proses yang
dikombinasikan supaya dapat meningkatkan efisiensi proses.Selain itu, pencairan hidrogen juga terdiri
dari dua sistem pencairan. Kedua sistem pencairan tersebut berasal dari dua aliran yang berbeda
diantaranya adalah aliran awal yang belum melalui proses likuifaksi dan resirkulasi aliran hidrogen yang
tidak ikut mencair.
Zat pendingin yang digunakan untuk menurunkan suhu aliran yang akan dicairkan yaitu berasal dari
nitrogen cair. Penggunaan nitrogen cair disirkulasikan secara tertutup pada sistem proses pencairan
hidrogen. Sementara itu, proses pencairan hidrogen terbagi menjadi dua jenis proses berdasarkan tekanan
operasi yang digunakan. Kedua jenis proses tersebut adalah proses pencairan tekanan tinggi dan proses
pencairan tekanan rendah. Maka dari itu, terdapat tiga sistem yang terlibat dalam proses pencairan
hidrogen. Berikut adalah penjelasan ketiga sistem yang terlibat dalam proses pencairan.
A. Pencairan Inlet Feed Gas Awal
Proses pencairan hidrogen pada sistem ini melibatkan aliran masukan awal sebelum melalui proses
pencairan. Aliran ini akan melalui tiga tahap pendinginan. Pendinginan tahap pertama akan didinginkan
oleh pendingin nitrogen. Setelah melewati tahap pendinginan pertama, aliran ini dialirkan menuju unit
purifikasi yang menggunakan proses adsorpsi supaya impurity yang terdapat pada aliran dapat terserap
pada adsorben. Sehingga kadar impurity yang terdapat pada aliran dapat lebih berkurang dan dapat
dilanjutkan menuju proses berikutnya.
Aliran yang keluar dari kolom adsorpsi masuk kedalam tahap pendinginan kedua. Pada tahap
pendinginan kedua, pendingin yang digunakan adalah nitrogen cair dan aliran yang didinginkan adalah
aliran keluaran adsorber dan aliran resirkulasi hidrogen. Tahap pendinginan terakhir menggunakan aliran
8
balik dari hidrogen yang tidak ikut mencair sebagai aliran untuk mendinginkan aliran yang keluar dari
tahap pendinginan kedua.
Gambar 1. Siklus pencairan hidrogen tekanan tinggi
Setelah melalui tiga tahapan proses pendinginan, aliran memasuki JT-Valve sehingga hasil keluaran
yang dihasilkan mulai terbentuk cairan. Namun, hasil keluaran dari JT-Valve masih berupa fasa campuran
liquid dan gas. Liquid yang dihasilkan setelah melalui proses pada JT-Valve sudah memiliki kandungan
hidrogen murni. Oleh karena itu, liquid yang dihasilkan akan disimpan langsung pada tangki
penyimpanan. Sedangkan, fasa gas yang dipisahkan akan kembali menuju pendinginan tahap akhir.
9
Gambar 2. Siklus pencairan hidrogen tekanan rendah
B. Pencairan Aliran Resirkulasi Hidrogen
Aliran resirkulasi hidrogen ini dihasilkan dari pemisahan aliran yang berfasa gas yang dikembalikan
lagi menuju tahap pendinginan terakhir. Akan tetapi, aliran ini digunakan sebagai aliran untuk
mendinginkan aliran yang baru masuk. Aliran resirkulasi yang keluar dari pendinginan tahap akhir akan
masuk kedalam Heat Exchanger lainnya. Namun, aliran yang keluar dari tahap pendinginan terakhir
memiliki peranan yang berbeda saat memasuki Recovery Heat Exchanger.
Aliran yang menuju Recovery Heat Exchanger pada pencairan bertekanan tinggi berperan sebagai
aliran pendingin. Selanjutnya, aliran resirkulasi akan dikompres dan didinginkan kembali pada Recovery
Heat Exchanger. Setelah melewati Recovery Heat Exchanger, aliran menuju ke tahap pendinginan kedua
dengan nitrogen cair. Aliran yang keluar dari pendinginan kedua terbagi menjadi dua aliran. Aliran
pertama menuju ekspander untuk diturunkan kembali suhunya dan digunakan sebagai pendingin pada
tahap pendinginan ketiga yang akan ikut bercampur dengan aliran berfasa gas yang telah dipisahkan dari
hidrogen cair. Aliran kedua yang keluar dari tahap pendinginan kedua langsung menuju tahap pendinginan
ketiga hingga mulai terbentuk cairan setelah keluar dari JT-Valve. Cairan yang terbentuk setelah keluar
10
dari JT-Valve akan dipisahkan dengan aliran yang masih dalam fasa gas untuk langsung disimpan dalam
tangki penyimpanan hidrogen cair.
Sedangkan, aliran resirkulasi terpecah menjadi dua aliran yang menuju Primary Recovery Heat
Exchanger dan Secondary Recovery Heat Exchanger pada pencairan bertekanan rendah. Selain itu, aliran
yang memasuki kedua Recovery Heat Exchanger akan didinginkan. Hasil keluaran dari kedua Recovery
Heat Exchanger diteruskan untuk diekspansi sebanyak dua kali. Hasil keluaran ekspansi pertama, aliran
terpecah menjadi dua aliran. Aliran pertama akan kembali menuju Secondary Recovery Heat Exchanger.
Sedangkan, aliran kedua menuju tahap ekspansi selanjutnya dan kembali menuju Primary Recovery Heat
Exchanger.Aliran yang kembali menuju Recovery Heat Exchanger akan mendinginkan aliran baliknya
sehingga mengalami sedikit peningkatan suhu. Walaupun terjadi sedikit peningkatan suhu pada hasil
keluaran Recovery Heat Exchanger, aliran ini masih mampu mendinginkan Inlet Feed Gas pada tahap
pendinginan kedua yang diikuti tahap pendinginan ketiga.
Aliran resirkulasi pada tahap pendinginan ketiga terbagi menjadi dua aliran sesuai dengan asal
aliran yang dimana berasal dari Primary Recovery Heat Exchanger dan Secondary Recovery Heat
Exchanger. Aliran resirkulasi yang berasal dari Primary Recovery Heat Exchanger akan langsung
melewati JT-Valve untuk dapat membentuk cairan. Sedangkan, aliran resirkulasi yang berasal dari
Secondary Recovery Heat Exchanger akan keluar dan menuju ekspander. Hasil keluaran ekspander akan
bergabung dengan aliran berfasa gas yang telah dipisahkan dari cairan yang terbentuk setelah keluar dari
JT-Valve.
C. Sirkulasi Aliran Pendingin
Aliran pendingin yang digunakan pada pencairan hidrogen adalah nitrogen cair. Aliran nitrogen cair
ini disirkulasikan dengan sistem tertutup. Nitrogen cair digunakan sebagai fluida pendingin pada tahap
pendinginan pertama dan tahap pendinginan kedua. Setelah mendinginkan aliran yang akan dicairkan,
fluida nitrogen menuju kompresor sehingga tekanan fluida meningkat. Tekanan yang meningkat akan
mempermudah terbentuknya fasa liquid saat keluar JT-Valve. Tekanan yang meningkat akan
menyebabkan suhu nitrogen ikut meningkat. Oleh karena itu, nitrogen akan didinginkan pada Nitrogen
Heat Exchanger.
Hasil keluaran Nitrogen Heat Exchanger terbagi menjadi dua aliran. Aliran pertama akan keluar
menuju ke ekspander dan dikembalikan lagi ke Nitrogen Heat Exchanger, untuk digunakan sebagai
pendingin aliran nitrogen yang keluar dari kompresor. Setelah mendinginkan nitrogen yang keluar dari
kompresor, Aliran ini akan bergabung menjadi satu aliran dengan aliran nitrogen yang baru digunakan
sebagai pendingin untuk aliran Inlet Feed Gas yang akan dicairkan. Aliran kedua yang keluar dari
Nitrogen Heat Exchanger menuju JT-Valve untuk dapat membentuk fasa liquid. Fasa liquid yang
11
terbentuk akan disimpan pada tangki penyimpanan nitrogen cair. Sedangkan, fasa gas yang terpisahkan
akan bergabung pada aliran yang keluar dari ekspander dan masuk menuju Nitrogen Heat Exchanger.
Akan tetapi, cairan yang telah dipisahkan dari fasa gas nya akan dilewatkan JT-Valve lagi supaya suhu
nitrogen semakin menurun dan dapat digunakan kembali sebagai pendingin aliran yang akan dicairkan.
Berdasarkan tiga sistem yang berada pada proses keseluruhan pencairan hidrogen dapat diketahui
bahwa ada beberapa titik perbedaan antara proses pencairan bertekanan rendah dan proses pencairan
bertekanan tinggi. Perbedaan tersebut terletak pada tahap pendinginan kedua, tahap pendinginan ketiga
dan resirkulasi aliran hidrogen. Berikut adalah table perbandingan dari kedua sistem tersebut
Tabel 3. Perbandingan Sistem bertekanan rendah dan tinggi
No Proses
Pembanding
Pencairan Bertekanan
Rendah
Pencairan Bertekanan
Tinggi
1
Tahap Pendinginan Kedua
Jumlah Aliran 3 4
terdiri dari : terdiri dari :
1 aliran pendingin nitrogen, 1
aliran utama dan 1 aliran
resirkulasi hidrogen
1 aliran pendingin nitrogen, 1
aliran utama dan 2 aliran
resirkulasi hidrogen
2
Tahap Pendinginan Ketiga
Jumlah Aliran 3 4
terdiri dari : terdiri dari :
1 aliran pendingin nitrogen, 1
aliran utama dan 1 aliran
resirkulasi hidrogen
1 aliran pendingin nitrogen, 1
aliran utama dan 2 aliran
resirkulasi hidrogen
3
Ekspansi
Resirkulasi
Hidrogen
Aliran yang akan diekspansi
setelah melalui tahap
pendinginan ketiga
Aliran yang akan diekspansi
setelah melalui tahap
pendinginan kedua
4
Resirkulasi Aliran Hidrogen
Jumlah
Recovery Heat
2 (primary dan secondary heat
exchanger) 1
12
Exchanger
Proses Setelah
Melewati
Recovery Heat
Exchanger
Ekspansi dua tahap Kompresi satu tahap
D. Advanced Technology
Berdasarkan konsentrasi kesetimbangan, hydrogen memiliki kandungan 99.8% para-hidrogen dan
0.2% ortho-hidrogen. Semakin tinggi suhu hydrogen, maka kandungan para-hidrogen juga akan semakin
berkurang. Berikut adalah kurva kesetimbangan hydrogen yang dapat dilihat.
Gambar 3. Grafik konversi orto-para
untuk dapat meningkatkan jumlah para-hidrogen dilakukan konversi orto-hidrogen menjadi para-hidrogen.
Namun, konversi dari orto ke para-hidrogen memerlukan bantuan katalis supaya dapat mempercepat
reaksi. Karena apabila hanya mengandalkan teknologi pendinginan, reaksi berlangsung sangat lambat.
Katalis yang digunakan dapat berupa Ni powder, Ru/Al2O3 dan Fe(OH)3. Teknologi dengan menggunakan
katalis ini telah diterapkan di Jerman. Berikut adalah diagram proses yang menggunakan katalis.
13
Hydrogen Liquefaction in Leuna
Gambar 4. Skema proses menggunakan katalis
Proses pencairan hydrogen meliputi tahap pendinginan pertama, tahap purifikasi, tahap pendinginan
kedua, tahap pendinginan ketiga dan tahap akhir pencairan. Aliran yang masuk pada tahap pendinginan
pertama akan didinginkan oleh nitrogen cair dan hydrogen cair. Pendingin nitrogen cair ini di sirkulasikan
secara tertutup yang dengan kata lain, nitrogen cair tidak turut bercampur dengan proses yang terlibat
didalamnya.
Tahap purifikasi dilakukan untuk menyerap zat pengotor yang terkandung dalam aliran awal.
Purifikasi dilakukan dengan metode adsorpsi. Pada tahapan adsorpsi, adsorben yang menyerap pengotor
akan mengalami fasa titik jenuh dalam penyerapan pengotor sehingga dalam proses ini dibutuhkan dua
kolom adsorber yang dimana berjalan secara parallel. Salah satu adsorber akan bekerja untuk menyerap
zat pengotor dan lainnya untuk meregenerasi adsorben. Regenerasi adsroben memerlukan nitrogen cair
untuk dapat menyerap pengotor yang ada didalam adsorben supaya adsorben dapat kembali bersih dan
bisa digunakan.
Tahap pendinginan kedua meliputi tahap pendinginan yang dilakukan oleh hydrogen cair. Hydrogen
cair yang berperan sebagai pendingin ini akan disirkulasikan secara secara tertutup sama dengan sirkulasi
14
pendingin nitrogen pada tahap pendinginan awal. Selain itu, proses yang dilibatkan pada tahap
pendinginan kedua ini juga meliputi proses konversi orto-hidrogen ke para-hidrogen. Adanya konversi ini
mempermudah dalam penurunan suhu yang drastis hingga mencapai suhu -247.
Hasil output dari Heat Exchanger-7 akan masuk kedalam ejector. Pada tahapan proses di ejector ini
akan menggabungkan dua aliran yang berasal dari Heat Exchanger ke 7 dan hydrogen yang tidak ikut
mencair supaya di flash menuju tahap pendinginan akhir. Pada tahap pendinginan akhir ini suhu akan
turun menjadi -251 dan hanya melibatkan 1 heat exchanger. Oleh karena itu, suhu keluaran yang
mendekati suhu titik didih ini akan masuk kedalam JT-Valve supaya dapat menurunkan suhu sehingga
mulai terbentuk liquid. Liquid yang terbentuk akan dipisahkan dengan aliran yang masih dalam fasa gas.
Aliran dalam fasa gas ada yang dialirkan kembali menuju proses, namun ada juga yang diperuntukkan
sebagai produk gas hydrogen murni sehingga disimpan pada tabung gas bertekanan tinggi. Sedangkan,
produk liquid yang terbentuk akan disimpan pada tangki penyimpanan.
Hydrogen Liquefaction in Ingolstadt
Pencairan hydrogen yang diterapkan di Ingolstadt memiliki sedikit perbedaan dengan pencairan yang
diterapkan di Leuna. Perbedaan diantara keduanya merupakan sistem pendingin saat precooled process
yang digunakan. Sistem pendingin pada plant yang ada di Leuna akan sirkulasi kembali dan dikembalikan
kedalam sistem untuk membantu proses pendinginan. Sedangkan, pendingin yang digunakan pada sistem
pencairan Ingolstadt akan langsung dibuang ke atmosfer, karena pendingin yang digunakan merupakan
senyawa nitrogen murni.
Untuk membantu proses konversi dari ortho-hydrogen ke para-hydrogen, plant Ingolstadt
menggunakan katalis Fe(OH)3 dalam sistem coldbox. Selain itu, hydrogen yang masih dalam fasa gas
setelah keluar dari JT-Valve akan dikembalikan lagi kedalam sistem untuk membantu proses pendinginan
aliran bahan baku utama yang akan dicairkan. Hal lain yang membedakan proses pencairan yang ada di
Ingolstadt dengan Leuna adalah penggunaan JT-Valve. Aliran utama akan melewati tahap pencairan
sebanyak dua kali. Hal ini dikarenakan pada tahap pencairan pertama, didalam tangki penyimpanan
hydrogen cair masih terdapat katalis.Namun pada tahap pencairan kedua, gidrogen telah tertampung pada
tangki penyimpanan yang tidak terdapat katalis lagi dan siap didistribusikan.
Berikut adalah skema proses pada plant yang ada di Ingolstadt.
15
Gambar 5. Skema pencairan hidrogen di Ingolstadt
Raw material yang digunakan pada plant Ingolstadt merupakan gas hydrogen yang telah mengandung
hydrogen dengan tingkat impurity yang rendah, yaitu 4 ppm. Impurity yang terkandung pada aliran ini
terdiri dari Nitrogen dan Metana. Kedua impurity tersebut akan dipurifikasi dengan menggunakan metode
adsorpsi hingga mencapai kurang dari 1 ppm saat keluar dari adsorber. Berikut adalah data kondisi operasi
dari precooled process hingga proses adsorpsi.
16
Tabel 4. Kondisi operasi dari proses precooled sampai adsorpsi (tanpa katalis)
Operating Condition
Flow inlet 3300 Nm3/h
P 20 bar
T in 290 K
T out 80 K
Para Content 75 %
Impurities (N2, CH4)
In 4 ppm
Out 95 %
Namun, aliran yang keluar dari JT-Valve masih ada kandungan hydrogen dalam fasa gas.
Hydrogen yang belum tercairkan akan dikembalikan lagi kedalam sistem untuk membantu penurunan
suhu pada aliran utama. Selanjutnya, gas hydrogen ini akan dicairkan kembali sehingga tekanan gas
17
hydrogen akan dinaikkan kembali dengan menggunakan dua kompresor. Berikut adalah kondisi operasi
dari kedua kompresor.
Tabel 6. Kondisi operasi kompresor
Operating Condition
(Main Compressor)
P in 3 bar
P out 20 bar
Electric Power 1500 kW
Total Stage 2
Tekanan hydrogen yang telah dinaikkan akan dicairkan kembali. Namun, sebagian dari aliran resirkulasi
ini diekspansi untuk dikembalikan kembali pada sistem pendinginan untuk membantu proses penurunan
suhu aliran utama dan aliran resirkulasi yang akan dicairkan.
Operating Condition
(First Compressor)
P in 1.3 bar
P out 3 bar
Electric Power 57 kW
Total Stage 1
18
BAB III
PERALATAN UTAMA PROSES
Pada proses utama pencairan hidrogen, terdapat beberapa peralatan utama proses, yaitu :
1. Compressor
Untuk pencairan hidrogen, compressor yang digunakan adalah jenis Centrifugal Hydride Guided Rotor.
Sebenarnya ada beberapa pilihan buat compressor untuk proses pencairan hidrogen seperti tertera dalam
bagan berikut :
Gambar 6. Jenis-jenis kompresor
Dalam gambar diatas, kita melihat bahwa untuk proses pencairan hidrogen kita dapat memilih
compressor yang diberikan warna hijau dan kuning, yaitu reciprocating, screw, dan centrifugal guided
rotor. Compressor centrifugal guided rotor merupakan gabungan dari compressor jenis centrifugal dan
guided rotor. Berikut adalah perbandingan spesifikasi dari ketiga jenis compressor tersebut :
19
Tabel 7. Perbandingan Spesifikasi Jenis-Jenis Kompresor
Kompresor sentrifugal merupakan tipe axial ataupun radial. Kompresor radial digunakan untuk
suction volume antara 0.5 dan 70 m3/s, sedangkan kompresor axial digunakan untuk volum laju alir yang
sangat besar dimulai dari 20 m3/s hingga lebih dari 280 m3/s.
Untuk desain tekanan tinggi dan rapat, beberapa kompresor axial harus memiliki impeler yang
tertempel pada shaft. Diaphgram digunakan untuk memisahkan stage-stage individual dan juga untuk
mengontrol ketinggian dan arah gas menuju ke stage berikutnya. Tekanan dan aliran dikontrol melalui
guide vanes, yang tertempel pada masukkan dari tiap-tiap impeler.
Menggunakan bearing yang sesuai adalah sangat penting dalam meningkatkan operasi mekanis
dari sebuah kompresor turbo. Untuk kompresor kecil dengan kecepatan putar diatas 10,000 rpm, biasanya
digunakan ruas bearing dengan bantalan miring.
2. Heat Exchanger
Dalam proses pencairan hidrogen, jenis heat exchanger yang dipakai adalah plate-fin heat exchanger. HE
Plat-Fin umumnya mempunyai susunan plat alumunium bergelombang dimana aliran-aliran panas/dingin
dialirkan pada celah gelombang tersebut. Setiap lapisan gelombang dibatasi dengan plate pemisah
(separator plate). Bentuk Plat-Fin ini sembilan kali lebih lebih kecil dibanding HE Shell & tube
konvensional untuk luas permukaan yang sama.
20
Gambar 7. Plate-Fin Heat Exchanger
3. JT-Valve
JT valve adalah alat proses yang digunakan untuk menghasilkan JT-effect sehingga nantinya gas hidrogen
yang keluar dari valve ini akan berbentuk liquid, tetapi mungkin tidak 100% liquid. Efek Joule-Thomson
sangat bergantung pada penyimpangan kecil dari gas ideal yang diberikan oleh gaya antarmolekul.
Sebagaimana gas yang mengembang, jarak rata-rata antara molekul akan bertambah. Karena tarikan dari
gaya antarmolekul, ekspansi menyebabkan peningkatan energi potensial gas. Jika tidak ada usaha dari luar
yang bekerja dalam proses dan tidak ada panas yang dipindahkan, energi total gas tetap sama karena
terdapat kekekalan energi. Peningkatan energi potensial menyebabkan penurunan energi kinetik sehingga
suhu gas juga turun.
Gambar 8. JT Valve
21
Apabila gas yang masuk di bawah suhu inversi Joule-Thomson, maka efek JT akan menyebabkan
penurunan suhu. Apabila suhu gas yang masuk di atas suhu inversi, maka molekul gas bergerak lebih
cepat dan saling bertabrakan dan menyebabkan penurunan energi potensial sehingga energi kinetik akan
bertambah dan menyebabkan kenaikan suhu sehingga gas yang keluar JT valve akan lebih panas.
Gambar 9. Arah aliran gas
4. Expansion Turbine (Expander)
Fungsi utama dari peralatan ekspansi kriogenik adalah untuk mengurangi suhu gas yang sedang
diekspansi untuk menyediakan kebutuhan akan pendingin. Sebuah ekspander merupakan alat mekanik
untuk merubah sebagian energi dari sebuah aliran proses menjadi suatu kerja mekanis yang berguna,
sehingga menghasilkan penurunan pada suhu dan tekanan fluida proses. Ada dua daerah aplikasi untuk
pengembalian daya ekspander dan pendinginan. Dalam pengembalian daya, tujuannya adalah untuk
menghasilkan energi listrik dari panas buangan/waste heat, sedangkan dalam pendinginan (atau
pencairan) tujuannya adalah untuk mendinginkan fluida proses, dan kerja yang dihasilkan merupakan
kepentingan sekunder.
22
BAB IV
INSTRUMENTASI
4.1 Level Indicator : Fibre Optic Liquid Level Detector
Gambar 10. Contoh fiber optic detector dan prinsip kerja secara umum
Fiber optik ini menggunakan metode interface sensing untuk mengukur tinggi cairan dengan
parameter jumlah Liquid-Vapor (L-V) dan Liquid-Liquid (L-L), terutama untuk cairan yang sulit ditangani
seperti nitrogen, oksigen, hidrogen, dan helium cair. Alat fiber optik mendeteksi tinggi cairan,
menggunakan prinsip refraksi, dan alat ini dapat mendeteksi tinggi non-invasif pada kecepatan tinggi.
Detektor fiber optik ini dikembangkan oleh ISRO-IISc (Indian Space Research Organizatoion Indian
Institute of Science), memanfaatkan prisma berongga yang berisi ruang berongga ketat yang terperangkap
diantara pasangan lempengan dielektrik
Salah satu lempengan dielektrik ini disusun pada sudut miring, sebuah sinar optik ditembakkan ke
prisma berongga, menunjukkan perilaku refraktif baru, dimana merupakan dasar dari prinsip kerja dari
detektor tinggi baru. Sinar optik ini akan menyimpang ke fiber kedua jika keluaran dari prisma berongga
pada udara, dan akan kembali ke fiber pertama jika keluaran dari prisma berongga pada liquid.
Spesifikasi :
Medium : Cairan transparan pada cahaya
Mode deteksi : Deteksi diskrit dari L-V interface
Akurasi : 0,1 mm
Tekanan maksimal operasi : sampai dengan 10 bar
Jangkauan temperatur operasi : 320 K 4,2 K
Kelebihan dan fitur :
23
Dengan penggunaan prisma berongga, proses pendeteksian hanya bergantung pada indeks refraksi dari
liquid, kan dari temperatur dan tekanan liquid, dimana akan berubah secara dinamik dalam lingkungan
liquid kriogenik.
Konstruksi sederhana, kuat dalam operasi, mudah diproduksi dalam skala besar, layak untuk industri.
Produk tidak harus memerlukan permukaan optik untuk mendapatkan akurasi tinggi
Waktu respon yang ientik untuk pendeteksian tinggi liquid, ketika operasi pengisian dan pengeluaran
liquid
4.2 Temperature Indicator : Termophile
Respon waktu dari sensor temperatur proporsional dengan sensor massa dan secara invers
proporsional pada luas permukaan. Maka, sensor temperatur dibatasi pada satuan dimana mempunyai
rasio massa dengan luas permukaan yang rendah. Pada hasil yang didapat, ada tiga jenis sensor yang dapat
digunakan, yaitu : resistor karbon, sensor resistansi platinum, dan termokopel. Dari ketiga jenis ini, yang
terpilih untuk sensor temperatur liquid hidrogen adalah termokopel, karena resistor karbon memiliki
batasan jangkauan temperatur, dan sensor resistansi platinum memiliki respon waktu yang lama, serta
harga yang cukup mahal.
Termokopel, memiliki jangkauan temperatur yang luas dan meningkatkan output seiring temperatur
dinaikkan. Namun, termokopel memiliki batasan, yaitu tingkat sinyal yang rendah (memerlukan alat
pembaca yang sensitif), dan memiliki pengulangan yang buruk pada sinyal keluaran. Namun, batasan ini
dapat diatasi dengan menggunakan gabungan dari termokompel, dinamakan termofil. Penggunaan
termofil mengurangi kebutuhan alat pembaca yang sensitif, dan meningkatkan sinyal. Secara teoritis,
sebuah 2n elemen termofil (n merupakan rangkaian termokopel) menghasilkan n kali gaya elektromotif
dari satu termokopel. Keuntungan utama dari menggunakan termofil adalah mempunyai waktu respon
yang dapat dihitung, sekitar lebih rendah dari resistor karbon dan platinum.
Material
Terdapat tiga kombinasi material yang dipertimbangkan, yaitu gold-cobalt-copper, copper-
constantan, chromel-constantan. Ketiga kombinasi ini mempunyai sensitivitas yang sama, yaitu 9-10%
per 0K pada 200K, dan 0,4-0,6% per 0K pada 3000K
Sinyal dari gold-cobalt-copper hampir tiga kali dari copper-constantan pada 200K, namun
memiliki error 10% jika menggunakan tabel kalibrasi daripada mengkalibrasi setiap termokopel,
disebabkan karena deviasi daya elektrik antara kabel dari berbagai bagian. Untuk copper-constantan,
mempunyai stabilitas termoelektrik lebih baik, meskipun memiliki sinyal yang lebih rendah. Chromel-
constantan dipilih sebagai material termokopel, karena memiliki sinyal 50% lebih besar dari copper-
24
constantan, dan juga kombinasi ini memiliki konduktivitas termal yang kecil, sehingga tingkat error dapat
diminimalisir.
Konstruksi
Gambar 11. Termokopel (kiri) dan termofil (kanan)
Dengan menyusun termokopel, rangkaian dari pengukuran temperatur diferensial dapat dibuat. Perbedaan
temperatur yang kecil dapat diukur dengan menjaga reference junction didalam tangki dan dekat dengan
jangkauan temperatur dari measuring junction. Jarak antara reference dengan measuring junction kira-kira
7,62 sentimeter. Penyusunan diatur agar tidak terjadi tegangan pada kabel. Perbedaan temperatur aktual
tetap mengandalkan besar temperatur absolut, menggunakan sensor resistansi platinum dengan jangkauan
suhu 200K sampai 390K.
25
Aplikasi
Gambar 12. Instrumentasi Termofil (kiri) dan Perhitungan Suhu (kanan)
Peletakan termofil pada tangki dapat dilihat pada gambar. Setiap kabel dari termokopel akan dihubungkan
menjadi satu, dilanjutkan dengan dihubungkan dengan matching panel kemudian dibaca dengan
oscillograph. Profil temperatur dapat dilihat pada gambar 11 kanan, yaitu berupa grafik naik orde dua,
gabungan dari pembacaan perbedaan suhu dari setiap termokopel. Temperatur absolut (TK) didapat dengan
:
1. Menentukan voltase referensi dengan kurva kalibrasi chromel-constantan dari temperatur sensor platinum
2. Tambahkan voltase dari setiap termokopel
3. Temperatur dapat dilihat dalam referensi sesuai dengan voltase (Referensi tidak tercantum dalam sumber)
Perhitungan disimpulkan dengan persamaan pada gambar 11 kanan, dengan K adalah banyaknya
termokopel yang digunakan.
26
4.3 Flow Measurement : Turbine-flow meter
Gambar 13. Penampang melintang dari turbine-meter
Turbin meter terdiri dari baling-baling yang akan berputar jika ada aliran fluida. Putaran baling-
baling memenuhi lubang aliran. Kecepatan rotasi akan sebanding dengan laju alir fluida, diukur dengan
kumparan elektromagnetik. Baling-baling terbuat dari bahan paramagnetik, sehingga ketika melewati 1
putaran, akan menghasilkan voltase pada kumparan. Untuk dapat beroperasi pada kondisi kriogenik,
kumparan dilapisi dengan zener barrier (semacam fuse untuk menghindari kelebihan voltase akibat suhu
rendah)
Gambar 14. Proses penghasilan voltase
Untuk mendapatkan akurasi tinggi, dalam temperatur bervariasi, dibutuhkan koreksi otomatis temperatur.
Untuk melindungi kehilangan sinyal pada kumparan, menggunakan pulse comparator, yaitu penggunaan
27
dua kumparan sekaligus. Penggunaan magnet pada poros rotor dibandingkan pada rotor bertujuan agar
proses transfer magnet lebih stabil, karena posisi poros yang tidak berubah. Keterlambatan sinyal sedikit
saja akan mempengaruhi pembacaan laju alir. Berikut adalah tabel untuk kapasitas aliran.
Tabel 8. Kapasitas aliran untuk turbine-meter
4.3 Pressure Measurement : Bellows
Untuk pengukuran tekanan dari liquid hydrogen, menggunakan instrumen Bellows.
Gambar 15. Struktur Bellows.
Gas (ullage) dari dalam tangki akan masuk ke dalam alat, dan akan menekan bellows jika tekanan diatas
tekanan atmosfer. Skala tekanan akan terbaca dari konversi tekanan yang diterima oleh bellows. Bahan
28
yang digunakan untuk bellows adalah stainless steel, karena tahan dengan suhu rendah. Suhu rendah dapat
merusak bellows jika tidak dilapisi. Berikut dilampirkan tabel rentangan dari bellows dengan diameternya,
Tabel 9. Rentangan bellows
Berikut adalah gambar dari instrumen bellows pada laboratorium liquid hydrogen :
Gambar 16. Contoh bellows pada laboratorium percobaan liquid-hydrogen
29
BAB V
KESELAMATAN, PENANGANAN DAN PENYIMPANAN
Hidrogen dapat dicairkan pada temperatur 20 K (2530C) Secara konseptual, pembangunan sistem
ekonomi hidrogen memerlukan infrastruktur yang terdiri dari: 1) produksi, 2) penyimpanan dan distribusi,
dan 3) pengguna akhir. Gambar dibawah ini mengilustrasikan contoh suatu infrastruktur suplai energi
dengan impor energi "bersih" hidrogen. Dalam sistem ini, hidrogen diumpankan ke dalam sistem
suplai dengan cara seperti seperti gas alam saat ini. Dalam kasus Jerman, hidrogen yang
diperlukan akan diimpor melalui pipa gas atau LH2 tanker dari negara-negara tetangga, di mana
hidrogen dihasilkan dari energi terbarukan yang murah. Indonesia sebagai negara kepulauan memiliki
potensi sumber energi terbarukan yang tersebar di luar pulau Jawa. Hidrogen dalam jumlah besar
dapat diproduksi dari sumber energi terbarukan melalui proses elektrolisa air di luar pulau jawa.
Selanjutnya, hidrogen (baik cair dan gas) yang kemudian disimpan dalam skala besar pada terminal
penyimpanan stasioner untuk memperoleh keseimbangan musiman. Penyimpanan bawah tanah (seperti
aquifer) dapat digunakan untuk menyimpan gas hidrogen dalam besar, dan cryogenic tank stasioner skala
besar untuk penyimpanan hidrogen cair. Sebagian kecil hidrogen dapat diproduksi dari pembangkit
listrik regional (pada saat luar beban puncak), konversi gas alam ke hidrogen (reformer), elektrolisa
air, maupun sebagai produk samping pabrik-pabrik kimia.
Gambar 17. Alur penanganan gas hidrogen
30
5.1 Hazard
Hazard yang ditimbulkan oleh hidrogen cair ditemukan dalam tiga gejala, yaitu:
1. Temperatur rendah
Bahan-bahan untuk pipa dan perlengkapan diperlukan tidak hanya cocok untuk hidrogen, misalnya
untuk ketahanan embrittlement, tetapi juga cocok untuk suhu rendah. Pertimbangan juga harus diberikan
kepada perubahan suhu yang cukup besar dan kontraksi peralatan bila terkena suhu sekitar suhu fluktuasi
LH2.Sistem perpipaan misalnya digunakan untuk mentransfer cairan dari kapal tanker ke kapal
penyimpan dimana kapal tersebut harus mampu menahan perubahan suhu LH2 dari sekitar suhu 280
derajat dan juga temperatur boil-off gas, yang berubah dari fasa cairan. Suhu yang tinggi dapat
menghasilkan luka bakar yang berat (mirip dengan luka bakar termal) dengan kulit. Jaringan Halus,
seperti mata, dapat terluka oleh paparan dingin atau kontak dengan bagian tubuh yang tidak terlindungi.
Hidrogen cair dapat menyebabkan cold burn.
Kemungkinan lainnya yang timbul dari keberadaan temperature rendah adalah kebocoran.
Walaupun merembes dari tanki, hidrogen cair yang akan dengan cepat menguap menjadi gas hidrogen dan
akan sangat dingin, khususnya jika ada kebocoran yang signifikan. Gas, sampai ia menghangat, akan lebih
padat daripada udara dan mulai terkonsentrasi pada level rendah.
Ketika dingin cairan kontak dengan cairan panas, yang pada suhu di atas titik didih dari cairan yang
dingin, ada kemungkinan tercipta ledakan dari tahap transisi yang cepat (RPT). RPT timbul karena proses
fisik vaporisasi bahan dari cairan yang dingin, dan bukannya suatu reaksi kimia dan energi yang
dilepaskan biasanya kecil dibandingkan dengan ledakan bahan kimia.
2. Boil-Off
Fenomena ini terjadi dimana tercipta gas dengan volume tertentu atau lebih besar dari cairan per
hari dan hal ini akan mengurangi volume penyimpanan. Penyimpanan berbahan bakar hidrogen cair cukup
menantang karena relatif rendah vaporisasi panasnya dan rendah titik didih.walaupun cairan hidrogen
disimpan dalam wadah sangat terisolasi. Tidak ada isolasi sempurna dan akan ada beberapa transfer panas
ke dalam cairan dan dengan itu terjadi fenomena ini. Volume penyimpanan dalam tangki bahan bakar
pada sebuah mobil tidak dirancang untuk menahan tekanan tinggi yang akan timbul jika cairan
tervaporisasi. Penyimpanan cairan biasanya beroperasi pada tekanan tidak lebih dari 5 bar. Vaporisasi
hidrogen cair ke gas pada kondisi standar dalam suatu luasan mencapai sekitar 845 kali. Jika gas hidrogen
benar-benar dikurung dalam wadah bervolume tetgap dan mempertimbangkan kompresibilitas hidrogen,
transisi ini dapat menyebabkan tekanan akhir mencapai 172 MPa dari tekanan awal 0,101 MPa (tekanan
atmosfer). Dengan itu LH2 storage tank dilengkapi dengan perangkat bantuan.
3. Kondensasi
31
Akibat lain dari hidrogen cair adalah bahwa, dengan pengecualian helium, semua gas akan
terkondensasi dan memperkuat hidrogen. Udara akan mudah merembes dari katup udara, gasket cakram,
sendi, dll ke dalam sistem berisi hidrogen cair dapat menyebabkan beberapa bahaya. Udara dapat
memperkuat plug pipa dan pelbagai lubang dan selai katup. Pengurangan dalam volume kondensasi udara
dapat membuat yang debu tertarik dalam udara yang lebih banyak, disebut cryopumping. Hal ini
memperkuat udara menumpuk dan mengikat hidrogen cair.
Kontainer penyimpanan dan kontainer lain harus dipelihara di bawah tekanan positif untuk
mencegah udara masuk. Partikel nitrogen solid menyebabkan kerusakan komponen atau menyebabkan
kegagalan seperti membuat katup dari sepenuhnya menutup.Ini dapat dihindari jika membersihkan
nitrogen tersebut. Kita dapat membersihkannya dengan helium namun harga helium cukup mahal.
Kondensasi Awal dapat menyebabkan konsentrasi enrichments hingga 50 % oksigen dan
selanjutnya penguapan gas alam yang dapat menyebabkan konsentrasi oksigen lebih tinggi. Sistem harus
dirawat, untuk menghidari akibat tekanan tinggi dan oksigen campuran mudah terbakar.
5.2 Safety
5.2.1 Ventilasi dan alarm
Karena ukuran molekul kecil, hidrogen dapat memasuki celah yang sempit. Ventilasi
dengan jumlah besar dari udara adalah sangat penting untuk meminimalisir kebocoran kecil
hidrogen yang mudah terbakar di udara. Bila memungkinkan, hidrogen harus disimpan dan
digunakan di luar, dengan ventilasi alami, atau di bawah dengan atap nonpeaked dan tidak ada
tembok. Kolam dalam lokasi harus cukup memadai untuk menangani kebocoran hidrogen. Kipas
Saluran udara harus tahan ledak. Apabila hidrogen digunakan di dalam ruangan, sistem pendeteksi
gas harus disetel untuk bereaksi ketika konsentrasi hidrogen mencapai 30 % dari batas bawah
mudah terbakar. Sensor harus diletakkan di atas atau di tempat-tempat tinggi di atas titik untuk
antisipasi kebocoran. Alarm harus dikondisikan setiap tahun (atau lebih sering, tergantung pada
risiko).
5.2.2 Pertolongan darurat
Pertolongan darurat diberikan ketika terjadi cold burn, kebocoran, atau ledakan. Ketika
hidrogen mengenai bagian tubuh, maka orang tersebut harus dilarikan ke bagian medis. Oleh
karena itu, sebaiknya selalu gunakan Alat Pelindung Diri (APD) ketika berurusan dengan
hidrogen. Ketika terjadi kebocoran, maka hal pertama yang harus dilakukan adalah mengevakuasi
orang - orang ke daerah yang telah ditetapkan. Setelah itu, matikanlah sistem dari mana hidrogen
tersebut bocor dan usahakan ventilasi udara tetap terjaga. Gunakan exhaust fan jika
memungkinkan. Jika terjadi kebakaran, matikan sistem sumber hidrogen. Setelah itu, biarkan
32
proses pembakaran terjadi dan selesai. Apabila api terlalu besar dan berbahaya, gunakan pemadam
api atau water spary.
5.3 Storage
1. Ventilasi dan alarm
Karena ukuran molekul kecil, hidrogen dapat memasuki celah yang sempit. Ventilasi dengan
jumlah besar dari udara adalah sangat penting untuk meminimalisir kebocoran kecil hidrogen yang mudah
terbakar di udara. Bila memungkinkan, hidrogen harus disimpan dan digunakan di luar, dengan
ventilasi alami, atau di bawah dengan atap nonpeaked dan tidak ada tembok. Kolam dalam lokasi harus
cukup memadai untuk menangani kebocoran hidrogen. Kipas Saluran udara harus tahan ledak.
Apabila hidrogen digunakan di dalam ruangan, sistem pendeteksi gas harus disetel untuk bereaksi
ketika konsentrasi hidrogen mencapai 30 % dari batas bawah mudah terbakar. Sensor harus diletakkan di
atas atau di tempat-tempat tinggi di atas titik untuk antisipasi kebocoran. Alarm harus dikondisikan setiap
tahun (atau lebih sering, tergantung pada risiko).
2. Pertolongan darurat
Pertolongan darurat diberikan ketika terjadi cold burn, kebocoran, atau ledakan. Ketika hidrogen
mengenai bagian tubuh, maka orang tersebut harus dilarikan ke bagian medis. Oleh karena itu, sebaiknya
selalu gunakan Alat Pelindung Diri (APD) ketika berurusan dengan hidrogen. Ketika terjadi kebocoran,
maka hal pertama yang harus dilakukan adalah mengevakuasi orang - orang ke daerah yang telah
ditetapkan. Setelah itu, matikanlah sistem dari mana hidrogen tersebut bocor dan usahakan ventilasi udara
tetap terjaga. Gunakan exhaust fan jika memungkinkan. Jika terjadi kebakaran, matikan sistem sumber
hidrogen. Setelah itu, biarkan proses pembakaran terjadi dan selesai. Apabila api terlalu besar dan
berbahaya, gunakan pemadam api atau water spary.
3. Liquid Storage
Penyimpanan gas alam cair kriogenik yang terbukti dan diuji teknologi adalah dengan liquid
storage ini. Hidrogen cair pertama kali oleh J. Dewar pada tahun 1898 oleh Samuel Bronstein.
Dibandingkan Dengan dipadatkan gas, kepadatan gas alam cair atau liquefied gas sangat tinggi. Di sisi
lain, purifikasi, penyimpanan dan penanganan yang menaikan titik didih cairan kriogenik memerlukan
energi serta sistem tangki kompleks dan infrastruktur yang baik. Selain itu, purifikasi proses,
thermodynamic analisis yang berbahan bakar hidrogen cair dengan infrastruktur storage tank dan proses
pengisian sangat diperhatikan. Sistem tangki yang canggih dengan wadah debu dan tekanan isolasi
berpengatur juga sangat diperlukan.
33
Ada tiga hal yang perlu diperhatikan pada penggunaan tangki penyimpanan liquid ini, yaitu
pengisian, kenaikan tekanan, dan boil-off. Oleh karena itu, perpindahan energi yang terjadi cukup
signifikan dan untuk mencegah terlalu besar maka sebisa mungkin dihindari perpindahan baik secara
konduksi, konveksi, maupun radiasi. Maka, tangki penyimpanan memiliki suatu sisitem insulasi yang
cukup tebal dengan menggunakan Multi Layer Insulation (MLI).
5.4 Handling
1. Component control
a. Pressure relief valve
Dalam sistem tekanan, setiap komponen dari sistem harus memiliki tekanan yang sama dengan
tekanan luar atau melebihi maksimal yang diizinkan tekanan kerja (MAWP). MAWP adalah tekanan
maksimum pada sistem yang aman untuk beroperasi. Ini adalah tekanan maksimum untuk pengaturan
perangkat bantuan tekanan utama.
Silinder hidrogen harus dilengkapi dengan perangkat untuk melepaskan gas di atau di bawah
MAWP. Kapasitas yang meringankan perangkat harus cukup untuk mencegah tekanan sistem meningkat
lebih dari 10 % di atas MAWP. Jenis bantuan dari perangkat yang digunakan terdiri dari frangible disk
digabungkan dengan logam fusible low melting point yang dirancang untuk pecah di bawah suatu
kombinasi dari suhu tinggi dan tekanan berlebihan.
Perangkat juga diperlukan pada semua volume di mana berbahan bakar hidrogen cair atau gas
hidrogen yang terperangkap, dan pada isolasi debu di sekeliling ruang hidrogen cair. Sangat penting
bahwa perangkat memiliki ventilasi di luar ruangan dengan cara yang bergerak berlawanan dari gas pada
peralatan, struktur, atau personel.
Untuk memungkinkan kegiatan perawatan dan tanggap darurat, pengasingan katup yang diperlukan.
Isolasi katup akan diinstal pada sebuah lokasi dalam sebuah jalur pipa aliran hidrogen sehingga dapat
dimatikan bila diperlukan.
Jenis khusus dari isolasi ini adalah katup-katup isolasi darurat (EIV), yang otomatis atau manual
untuk menghentikan aliran hidrogen dalam keadaan darurat. EIV digunakan pada sistem di mana cabang
atau beberapa jalur distribusi fasilitas berbeda, dan berada di luar setiap bangunan untuk keadaan darurat
dari sistem isolasi.
Dalam beberapa sistem, kelebihan katup perlu untuk memastikan bahwa laju aliran hidrogen gas
tidak melebihi spesifikasi. Katup mencegah aliran terbalik, yang dapat menyebabkan pencemaran sistem
gas hidrogen. Semua katup di bagian ini harus tahan gas dan terbuat dari bahan cocok untuk digunakan
dengan hidrogen.
34
b. Regulator
Katup mematikan alat yang dengan gas datang namun tidak dapat digunakan untuk mengontrol laju
muatan gas tersebut. Peralatan tambahan yang diperlukan untuk aliran gas hidrogen termasuk regulator
meteran dengan tekanan. Katup dan pipa bahan harus digunakan menjaga aliran gas hidrogen.Semua
komponen volume berisi hidrogen, harus diutilisasi atau dibersihkan dengan nitrogen atau gas inert
sebelum dan setelah digunakan. Efektivitas membersihkan harus diverifikasi.
c. Peralatan listrik
Karena gas hidrogen dan udara merupakan campuran yang mudah terbakar, pengguna harus
berhati-hati ketika menggunakan hidrogen di sekitar peralatan listrik. Sistem selang dan sistem pipa harus
ditanahkan. Keselamatan Kerja dan Administrasi Kesehatan telah men-spesifikasi peralatan listrik untuk
digunakan di dalam ruangan gas hidrogen sistem dengan volume gas lebih dari 400 kaki kubik.
2. Silinder Hidrogen
a. Penggunaan
Sangat penting untuk semua silinder gas berada di posisi tegak lurus sehingga mereka tidak mudah
rusak. Silinder gas hidrogen tidak digunakan jika tekanan belum dikurangi sesuai dengan tekanana di
silinder regulator, atau di outlet-katup header dari silinder. Penggunaan regulator dimaksudkan untuk
menyiapkan hidrogen di dalam wadah. Tidak diperbolehkan membuka katup silinder untuk membersihkan
debu atau kotoran sebelum memasang regulator. Setelah regulator terpasang, pastikan bahwa regulator
menyesuaikan baut dalam posisi tutup sebelum membuka katup silinder. Saat membuka katup, putar
tangan roda dengan lambat sehingga hidrogen tidak masuk regulator secara tiba -tiba. Tidak
diperbolehkan menggunakan kunci pas, palu, atau alat lain untuk membuka atau menutup tangan roda.
Saat membuka katup silinder untuk mengeluarkan isi, putar tangan roda terbuka dan kemudian kembali ke
posisi salah satu kwartal ditutup kembali. Ketika selesai, putar katup kembali tertutup dan pastikan
tertutup.
b. Pemindahan
Sebelum bergerak dari silinder yang sebelumnya, ganti posisi katup silinder. Memindahkan silinder
harus pada kereta atau dengan alat lain yang resmi ditujukan. Tidak diperbolehkan menggelindingkan atau
menjatuhhkan silinder karena dapat menyebabkan cidera atau kerusakan pada silinder. Sebelum bergerak,
lepaskan regulator dan katup pelindung, kecuali silinder adalah bagian dari sistem mobile (seperti sebuah
gerobak-mount). Jika silinder adalah bagian dari sistem mobile, tutup katup silinder dan keluarkan
tekanan dari regulator dan selang. Tidak diperbolehkan untuk mengangkat silinder. Gunakan sepatu
keselamatan atau perlindungan.
35
c. Penyimpanan tabung
Tabung hidrogen harus disimpan dan dijauhkan dari pintu, jendela, atau bagian bangunan yang
terhubung langsung ke luar. Silinder harus dihindari dari panas, udara yang korotif, hujan, salju, dan sinar
matahari langsung. Tempat penyimpanan harus kering dan mudah diakses oleh kereta dan transportasi dari
truk ke daerah penyimpanan. Lalu, silinder hidrogen harus disimpan jauh dari silinder gas yang mudah
teroksidasi sejauh 20 ft dan dengan ketinggian 5 ft.
36
BAB VI
TRANSPORTASI DAN DISTRIBUSI
Masalah transportasi hidrogen berhubungan langsung dengan masalah penyimpanan hidrogen.
Secara umum, untuk transportasi dan distribusi penyimpanan hidrogen bentuk kompak yang lebih
ekonomis daripada bentuk-bentuk difusi. Teknologi untuk pengiriman hidrogen dalam jumlah besar
telah dikembangkan dalam industri kimia. Hidrogen cair dikirimkan oleh truk atau kereta api selama
jarak hingga beberapa ratus mil. Jaringan pipa gas hidrogen terkompresi (sampai panjang beberapa
ratus kilometer) saat ini digunakan secara komersial untuk membawa hidrogen ke pengguna
industri besar seperti kilang. Untuk sistem energi hidrogen skala besar, akan lebih murah untuk
transportasi sumber energi primer (seperti gas alam atau batubara) ke pabrik hidrogen yang terletak di
"gerbang kota", daripada membuat hidrogen di ladang gas atau tambang batubara dan
mengirimkannya (pipa) ke pusat kota.
Dalam jangka panjang, tampaknya jaringan pipa hidrogen benua tidak mungkin, kecuali ada
alasan kuat untuk membuat hidrogen di lokasi tertentu yang jauh dari permintaan.
Gambar 19. Contoh distribusi hidrogen menggunakan trailer tabung gas
Saat ini, hidrogen tekanan tinggi dapat dikirimkan dalam trailer tabung gas pada tekanan hingga 200
bar. Kekurangan dari metoda ini: harga mahal dan menggunakan tabung 33 kg J.Ilm.Tek.Energi Vol. 1
No. 9 Agustus 2009: 1-14 untuk penyimpanan 2 kg hidrogen, dan ini tidak mahal untuk jarak lebih
dari 200 mil. Peneliti sedang menginvestigasi teknologi-teknologi yang dapat mereduksi berat
37
tabung dan mengijinkan tube trailers untuk beroperasi pada tekanan tinggi (hingga 600 bar), yang dapat
mereduksi biaya dan pengembangan utilitas dari opsi distribusi ini.
Untuk jarak jauh, hidrogen dapat dikirimkan dalam bentuk hidrogen cair dalam suatu tangki truk
kriogenik terinsolasi. Hidrogen gas dicairkan (didinginkan hingga di bawah -253oC) dan disimpan
pada plant pencairan dalam tangki terinsolasi yang besar. Untuk jarak yang panjang, pengiriman via
truk dapat menampung sejumlah besar hidrogen dibandingkan dangan trailer tabung gas. Tetapi ini
mengambil energi untuk mencairkan hidrogen, yang dengan teknologi saat ini, pencairan mengkonsumsi
30% isi energi hidrogen dan ini sangat mahal.
Gambar 20. Opsi untuk distribusi hidrogen
Stasiun Pengisian Hidrogen
Perkembangan kendaraan hidrogen (fuel cell atau ICE) di masa yang akan datang
memerlukan jumlah stasiun pengisian bahan bakar hidrogen (SPBH) yang memadai. Berdasarkan
data 2007, jumlah SPBH hidrogen di dunia sebanyak 80 unit (Tabel 7). Data terbaru [8] menunjukkan
hingga awal tahun 2009 telah dibangun lebih dari 200 unit SPBH di seluruh dunia, dan masih bertambah
lagi karena sudah direncanakan pembangunannya.
38
Tabel 11. Perusahaan dan teknologi SPBH di dunia
Linde AG (Jerman) mengusulkan untuk menyiapkan 40 stasiun pengisian bahan bakar
hidrogen (SPBH) di sepanjang jalan tol (yang dikenal dengan Hidrogen Autobahn) pada Hari Hidrogen
Internasional, di Berlin pada 24 Februari 2005. Ini memungkinkan untuk mengemudi bebas polusi
antara semua kota-kota besar di Jerman. SPBH ini membentuk "cincin hidrogen," sepanjang 1800
kilometer menghubungkan Berlin, Munich, Stuttgart dan Cologne, dengan satu SPBH tiap 50 kilometer.
39
BAB VII
KESIMPULAN
Berdasarkan paper yang telah kami buat, dapat disimpulkan beberapa hal :
1. Pencairan gas hidrogen dapat menggunakan siklus pencairan tekanan tinggi, tekanan rendah, dan
teknologi katalis
2. Peralatan utama yang digunakan adalah centrifugal hydride guided rotor compressor, plate-fin heat
exchanger, Joule-Thomson Valve, dan Expansion Turbine (Expander)
3. Instrumentasi yang digunakan adalah fibre-optic detector untuk level, termophile untuk temperatur,
turbine-flow meter untuk laju alir, dan bellows untuk tekanan
4. Dalam keselamatan, penanganan, dan penyimpangan liquid-hydrogen, untuk hazard yaitu kecenderungan
bocor, rapuh, terbakar, dan timbul ledakan, untuk safety yaitu ventilasi, alarm, dan pertolongan darurat,
storage yaitu untuk gas dan liquid, untuk handling yaitu component control dan silinder hidrogen
5. Transportasi dan distribusi liquid-hydrogen, menggunakan trailer truck untuk jarak jauh, dan akan
dikembangkan stasiun pengisian hidrogen di masa yang akan datang seiring perkembangan kendaraan
hidrogen.
40
DAFTAR PUSTAKA
Air Products. 2014. Safetygram-9, Liquid Hydrogen. [online] Tersedia di :
http://www.airproducts.co.id/~/media/Files/PDF/company/safetygram-9.pdf (diakses pada Minggu,
21 Desember 2014)
Bhavan, Antariksh. 2009. Fibre Optic Liquid Level Detector. Interest Exploration Note
(TT/12/01/LPSC-IISc)
Denton, W.H. and C. M. Nicholls. 1964. Technology and Uses of Liquid Hydrogen. New York :
Pergamon Press Ltd.
Liptak, Bela G. 2003. Instrument Engineers Handbook, Volume 1, Fourth Edition. USA : CRC Press
Rosyid, Oo Abdul dan M.A.M Oktaufik. 2009. Infrastruktur Hidrogen untuk Aplikasi Fuel Cell dalam
Era Ekonomi Hidrogen. Jurnal Ilm.Tek.Energi Vol.1 No. 9 Agustus 2009 : 1-14
Stochl, Robert J. And Richard L. DeWitt. 1968. Temperature and Liquid-Level Sensor for Liquid-
Hydrogen Pressurization and Expulsion Studies. Washington D.C. : NASA Technical Note
Wolfinbalger Jr, L. Et al . 1996. Advances in Cryogenic Engineering, Volume 41, Part A. New York :
Plenum Press
Top Related