Pengumuman Seri Baru "Commissioning and Start-Up"

Salah satu tema yang menjadi topik yang paling dicari dalam blog ini adalah mengenai "commissioning". Secara sederhana, pekerjaan commissioning telah ditulis pada posting berikut. 

Commissioning merupakan pekerjaan yang berada pada tahap eksekusi sebuah proyek. Ia berada diantara tahap konstruksi dan juga tahap operasi sebuah plant. Mari lihat diagram dibawah:

  

Pada diagram tersebut, jelas dikatakan bahwa commissioning dilakukan ketika sistem sudah mencapai "mechanical completion". Artinya alat-alat telah terpasang dengan baik dan siap untuk di-test. 

Commissioning sangat menentukan keberhasilan start-up. Pada tahap commissioning ini akan dibuktikan apakah hasil rancangan perhitungan yang dilakukan pada fase engineering mampu bekerja sesuai dengan desain sehingga mencapai performa yang diharapkan. Selain itu, pada tahap commissioning juga bisa dijumpai masalah yang terkait dengan konstruksi, misalkan pemasangan yang tidak sesuai dengan gambar.

Commissioning merupakan sebuah disiplin yang saat ini sudah menjadi spesialisasi. Commissioning tidak hanya berhubungan dengan eksekusi di lapangan, tetapi berhubungan juga dengan penyiapan dokumen terkait prosedur melakukan commissioning hingga tahap operasi yang biasa disebut sebagai "deliverables documents" dan juga yang tidak kalah penting adalah pencatatan hasil dari pekerjaan commissioning.

Tiap alat yang diuji harus dicatat hasil dari pada pengujian tersebut ke dalam sebuah form checklist yang disebut sebagai Inspection and Test Reports (ITRs). Begitu banyaknya alat-alat yang ditest, maka ITRs ini akan diupload ke dalam sebuah database yang biasa disebut sebagai Commissioning Management System atau Completion Management System (CMS).      

Selain itu, dikenal juga istilah "punch list" jika ditemukan outstanding dilapangan, misalkan pemasangan yang keliru, ada damage pada alat-alat, dsb. "Punch list" ini diangkat oleh "owner" dan harus diselesaikan oleh "contractor" sebelum menyatakan bahwa sebuah sistem telah selesai dikerjakan.

Jika "ITRs" dan "Punch List" sudah complete, maka "contractor" bisa menerbitkan sertifkat yang harus ditandatangi kedua belah pihak yang menyatakan bahwa sebuah sistem telah selesai dan naik ke tahap berikutnya.

Adapun kontrak pekerja commissioning dalam eksekusi proyek sangat bergantung kepada perjanjian antara perusahaan Contractor dengan Owner. Ada yang cukup sampai Commissioning saja, namun ada juga yang sampai tahap Start-Up, bahkan hingga Stable Operation.

Akan dibahas mengenai jenis pekerjaan yang dilakukan selama tahap Commissioning dalam seri "Commissioning and Start-Up". Seri "Commissioning and Start-Up" tidak akan ditulis secara berlanjut seperti seri yang lainnya, namun bisa jadi ia akan ditulis acak dari satu posting ke posting lainnya. Hal ini dikarenakan "Commissioning" menyajikan topik yang sangat luas dan tema yang bisa beragam. 

Keep Stay Tuned

Steam and Condensate : Problem in Steam and Traps System, Bagian-5 (Final)

Pertanyaan sebelumnya : 

Manakah diantara dua buah heat exchager dibawah ini yang performanya lebih bagus dalam mentransfer panas?

Jawabannya adalah heat exchanger B. 

Lantas mengapa bukan heat exchager A. Padahal sebagaimana diketahui, condensate yang keluar dari heat exchanger A memiliki suhu yang lebih rendah jika dibandingkan dengan heat exchanger B. Maka, secara logis, ia akan memiliki perbedaan suhu antara masuk-keluar yang lebih besar. Jika perbedaan suhunya besar, harusnya transfer panas yang terjadi juga besar.

Namun, hal yang diutarakan diatas bukanlah yang sebenarnya terjadi meskipun perbedaan suhu juga bisa dijadikan indikasi dari seberapa efisien transfer panas yang terjadi. Penyebab suhu heat exchanger A lebih rendah jika dibandingkan dengan B adalah karena condensate yang berupa air mengalami "subcooling"/ pendinginan. Hal ini terjadi karena akumulasi condensate yang membuat suhu air menjadi dibawah titik didih. Istilah yang sering dipakai untuk menyebut cairan yang dibawah titik didih adalah "subcooled liquid". 

Berdasar dari apa yang dibahas sebelumnya, diketahui bahwa panas latent memiliki kapasitas energi yang lebih besar jika dibandingkan dengan panas sensible. Maka, panas latent adalah panas yang dimanfaatkan untuk transfer panas. Perlu untuk diingat, bahwa panas latent tidak akan mengakibatkan perbedaan suhu. Maka, jika didapatkan bahwa condensate yang dihasilkan dari heat exchanger memiliki suhu yang lebih rendah, hal ini menandakan bahwa telah terjadi akumulasi condensate dalam heat exchanger tersebut. Selain itu, jika sebagian besar area yang digunakan untuk transfer panas telah terendam oleh condensate, hal ini akan mengurangi terjadinya transfer panas disebabkan mengurangi area dimana steam berkondensasi. Transfer panas yang diambil dari panas latent steam menjadi berkurang. Akibatnya, heat exchanger tidak bisa bekerja secara optimal.

Akumulasi condensate ini disebut sebagai water logging atau dikenal dengan peristiwa condensate back-up. Hal ini bisa terjadi ketika steam trap yang ditempatkan pada bagian downstream heat exchanger tersumbat karena adanya kotoran atau bisa jadi karena didesain dengan kurang tepat. Artinya, rate daripada kondensasi lebih besar jika dibandingkan dengan kemampuan untuk mengalirkan condensate yang terbentuk.

Berlainan dengan peristiwa diatas, transfer panas bisa juga berkurang jika steam trap berada dalam kondisi "stuck" atau tidak bisa menutup dengan sempurna. Ini juga bisa terjadi ketika kondisi steam trap kotor. Akibatnya adalah steam hanya akan melewati saja melalui heat exchanger sehingga transfer panas akan menjadi drop.

Maka, dua fungsi lain daripada steam trap adalah:

1. Mempertahankan condensate seal supaya steam tidak hanya lewat saja melalui heat exchanger

2. Meminimalisir akumulasi condensate di dalam tube heat exchanger

Untuk bisa membedakan antara dua peristiwa diatas, secara operasional dilakukan dengan cara menutup valve downstream condensate. Jika transfer panas meningkat, maka tidak ada condensate seal. Sebaliknya, jika menurun, maka terjadi akumulasi condensate.

Transfer panas dari steam ke heat exchanger juga bisa menurun jika terdapat non-condensable gas dalam steam. Non-condensable gas bisa didapatkan karena air yang digunakan untuk umpan boiler masih mengandung kotoran misalkan sisa-sisa karbonat. Karbonat akan melepaskan gas CO2 yang bisa mengganggu transfer panas. Selain itu, jika ia larut ke dalam condensate, maka akan membentuk asam karbonat yang bisa mempercepat peristiwa korosi.

Problem lain yang bisa terjadi pada sistem steam adalah adanya peristiwa steam hammer.  

Ilustrasi "Steam Hammer"

Steam hammer diakibatkan dari adanya spot-spot dalam sistem perpipaan steam yang masih dingin. Hal ini bisa terjadi ketika pertama kalinya steam dimasukkan ke dalam sistem perpipaan, maka steam akan terkondensasi dengan cepat di sepanjang pipa yang masih dingin tersebut. Lebih jauh lagi, hal ini akan mengakibatkan timbulnya "slug condensate". Jika peristiwa kondensasi secara cepat dan lokal ini terjadi secara terus-menerus di sepanjang perpipaan, maka akan membuat area dimana terjadi penurunan tekanan atau bahkan vakum sebagian. Akibatnya, "slug" dari condensate akan mendapatkan energi untuk berakselerasi diakibatkan adanya perbedaan tekanan yang ditimbulkan. Ketika "slug" condensate yang secara cepat bergerak ini mengenai elbow atau junction dalam sebuah sistem perpipaan, maka ia akan menimbulkan suara dan juga vibrasi. Hal ini dikenal dengan istilah "steam hammer".

Untuk mencegah "steam hammer", ketika pertama kali memasukkan steam ke dalam perpipaan, maka biasanya tiap bypass steam trap akan dibuka terlebih dahulu untuk mengalirkan steam demi menghindari timbulnya perbedaan tekanan. Jika sistem perpipaan sudah dalam kondisi hangat, maka bypass steam trap bisa ditutup dan line yang menuju ke steam trap di normalkan.

Steam hammer kadang juga bisa terjadi ketika hujan deras karena ia bisa mengakibatkan peristiwa pendinginan lokal jika insulasi tidak cukup kuat dalam menjaga panas sistem perpipaan dari tumpahan air hujan. Penulis pernah mengalami hal tersebut. 

Steam and Condensate : Problem in Steam and Traps System, Bagian-5a(Quiz)

Posting sebelumnya, telah dibahas mengenai steam trap yang digunakan pada sistem steam. Selain dipasang pada jalur perpipaan steam, steam traps ini juga biasa dipasang pada line steam yang terletak pada downstream dari sebuah heat exchanger. 

Pemasangan Steam Trap pada: a) Steam Line b) Downstream Heat Exchanger

Adapun pemasangan steam trap yang ditempatkan pada line downstream dari heat exchanger memiliki fungsi lain yang patut untuk diketahui. Sebelum dibahas lebih lanjut, mari coba tengok gambar penampang yang dipotong menyamping dari dua buah heat exchanger berikut:

Heat exchanger A dan B merupakan pemanas yang menerima steam sebagai media pemanas dari sumber yang sama. Namun, heat exchanger A memiliki lebih banyak condensate yang menutupi tube heat exchanger hingga 40% sedangkan pada heat exchager B memiliki jumlah condensate sekitar 10% yang menutupi bagian tube. Jika dilihat, condensate pada heat exchanger A memiliki suhu yang lebih rendah (90 F) jika dibandingkan dengan heat exchanger B (120 F). 

Pertannyaannya: 

Manakah diantara dua buah heat exchager tersebut yang performanya lebih bagus?  

Mari tunggu jawabannya esok hari.

Steam and Condensate : Steam Traps, Bagian-4

Steam trap, sesuai dengan namanya adalah sebuah alat yang digunakan untuk menjebak steam agar tidak lolos. Steam trap dalam kondisi terbuka ketika hanya condensate saja yang mengalir keluar dari steam trap tersebut. Ketika sudah tidak ada lagi condensate, maka secara otomatis steam trap akan menutup sekaligus menjebak steam yang akan melewati steam trap tersebut. Ketika steam yang didepannya sudah menjadi condensate, maka pelampung yang ada dalam steam trap tersebut akan terbuka kembali karena terangkat oleh condensate. Proses ini akan berulang dan berjalan secara terus-menerus.

Rangkaian steam trap dalam sistem steam didalam plant dapat dibagi menjadi dua jenis: 

1. Condensate dikembalikan ke dalam sistem condensate collection

2. Condensate dibuang ke lingkungan (open ditch)

Diatas adalah contoh rangkaian dari steam trap. Rangkaian steam trap bisa diletakkan dibawah line steam ataupun pada bagian downstream sebuah pemanas. Pilihan apakah condensate dikembalikan ke dalam sistem condensate atau dibuang ke lingkungan biasanya bergantung pada jumlah condensate yang dihasilkan. Jika condensate yang dihasilkan banyak, maka biasanya ia akan dikembalikan ke dalam sistem condensate. Contohnya adalah steam trap yang dipasang di line header steam akan dikembalikan ke dalam sistem condensate sedangkan pada line branch (percabangan) biasanya akan dibuang ke lingkungan. Penggunaan kembali condensate untuk digunakan sebagai air umpan boiler akan lebih menghemat biaya operasi. Air condensate sudah dalam kondisi panas sehingga menghemat bahan bakar boiler dan juga pengolahan condensate untuk dijadikan air umpan boiler lebih sederhana jika dibandingkan mengambil dari raw water.

Steam trap dapat digolongkan menjadi tiga jenis berdasarkan prinsip kerjanya:

1. Thermostatic

Pelampung hanya bisa terbuka ketika ada perbedaan suhu antara steam dan condensate. Contohnya adalah balanced pressure thermostatic-type trap. 

Jenis steam trap diatas memiliki element ditunjukkan dengan kata "vaporized fill" yang berisi cairan berupa campuran alkohol dengan titik didih yang lebih rendah daripada air. Condensate yang sudah dingin bisa mengangkat valve tersebut. Ketika condensate yang melewati steam trap tersebut secara gradual mulai memanas, maka terjadi transfer panas dari condensate ke dalam element tersebut. Cairan dalam element akan menguap dan berekspansi sehingga menekan valve untuk menutup. 

2. Mechanical 

Jenis steam trap ini memiliki perangkat mekanis internal yang bekerja berdasarkan perbedaan densitas antara steam dengan condensate.

Contoh steam trap berdasarkan prinsip mechanical adalah float-type trap with manual air venting seperti ditunjukkan pada gambar diatas. Steam trap tersebut mengandalkan tuas yang terhubung dengan pelampung berbentuk bola. Ketika condensate berakumulasi, ia akan mengangkat pelampung sehingga otomatis tuas terangkat dan valve outlet menjadi terbuka. 

3. Thermodynamic

Prinsip kerja steam trap ini adalah berdasarkan perbedaan energi kinetik/ kecepatan antara steam dengan condensate yang mengalir melalui trap. 

Salah satu contoh steam trap yang bekerja berdasarkan prinsip thermodynamic adalah steam trap dengan model disc/ piringan. Ketika steam melewati steam trap tersebut, maka steam akan melalui pinggiran disc dan menutup valve outlet melalui control chamber. Hal ini bisa terjadi karena luas permukaan disc pada control chamber lebih besar jika dibandingkan pada inlet disc sehingga tekanan pada sisi control chamber menjadi lebih besar. Setelah beberapa waktu, akan terjadi peristiwa kondensasi steam yang berada pada control chamber tersebut. Hal ini akan memaksa disc untuk terbuka dan condensate bisa melewati steam trap tersebut.

Untuk menentukan jenis steam trap yang akan dipilih, flow chart dibawah ini bisa menjadi salah satu referensi:

Pada posting selanjutnya, akan dibahas mengenai fenomena-fenomena yang bisa terjadi pada sistem steam, misalkan steam hammer, water logging, blown condensate seal, dsb. Stay tuned.   

Steam and Condensate : Steam Properties, Bagian-3

Pada aplikasinya di industri, steam digolongkan menjadi beberapa jenis tergantung pada tekanan steam tersebut. 

Istilah yang sering digunakan untuk mengelompokkan steam yakni: 

1. High Pressure (HP) Steam : Steam luaran boiler

2. Medium Pressure (MP) Steam : Steam hasil depresurisasi dari high pressure steam, dan juga

3. Low Pressure (LP) Steam : Depresurisasi dari medium pressure steam

Pengelompokan steam tersebut berdasar dari kebutuhan proses yang dikehendaki. Ada kalanya dalam sebuah plant hanya menyajikan dua jenis steam. Gambar dibawah menjelaskan mengenai range suhu transfer panas yang mampu disuplai oleh beberapa macam fluida. 

Bisa dilihat bahwa steam memiliki range suhu transfer panas yang cukup luas. Hal ini menandakan fleksibilitas steam sebagai media pemanas. Namun, fleksibilitas steam dalam mensuplai panas harus diimbangi dengan pengkondisian steam dari satu kondisi operasi ke kondisi operasi lainnya. Pada contoh diatas, untuk mendapatkan transfer panas pada suhu 200-400 F, tidak bisa menggunakan superheated steam. Superheated steam yang dihasilkan dari boiler harus diturunkan terlebih dahulu kondisi operasinya hingga menjadi saturated steam dengan menggunakan desuperheater. Hal inilah mengapa pada sebuah plant, didapatkan berbagai macam jenis steam. Setiap proses yang berbeda membutuhkan range suhu yang berbeda pula.

Perbedaan kondisi operasi steam ini juga akan mempengaruhi daripada properti dari steam. Sebagaimana diketahui, air yang menguap menjadi steam akan mengalami ekspansi volume hingga mencapai lebih dari 1000 kali lipat. Meskipun demikian, peningkatan volume aktual dari air menjadi steam ini sangatlah bergantung pada tekanan pada kondisi titik didihnya.

Jika diperhatikan pada kurva tersebut, semakin besar tekanan steam, maka akan semakin kecil volume spesifik steam tersebut. Hal ini mengandung pengertian bahwa untuk aliran berat yang sama, maka steam yang bertekanan rendah akan menempati volume yang lebih besar. Konsekuensi dari hal tersebut, maka steam bertekanan rendah, misalkan LP steam akan memiliki sistem perpipaan dengan diameter yang jauh lebih besar jika dibandingkan dengan MP maupun LP steam. Hal diatas bisa dipahami dari sudut pandang hukum gas ideal, yakni PV/T = konstan. Dari rumus tersebut, bisa diketahui bahwa tekanan memiliki hubungan yang terbalik dengan volume. 

Konsekuensi lain dari perbedaan tekanan steam adalah ditinjau dari derajat kondensasi. Steam dalam perpipaan harus selalu dijaga agar beroperasi sesuai dengan kondisi operasinya. Jika lebih rendah, maka hal ini akan menimbulkan hilang tekanan yang lebih besar dalam sistem perpipaan karena laju alir steam menjadi lebih besar. Hal ini akan mempengaruhi kualitas dari steam yakni timbulnya kondensasi. 

Jika steam dengan tekanan tinggi memiliki volume spesifik yang lebih kecil jika dibandingkan steam dengan tekanan lebih rendah, bagaimana dengan komposisi energi yang dimilikinya?

Untuk menjawab hal tersebut, berikut disajikan komposisi energi dalam bentuk panas steam jenuh masing-masing pada tekanan 0 dan 120 psig:

Dari tabel tersebut, bisa dilihat bahwa antara steam jenuh pada 0 dan 120 psig memiliki jumlah energi panas yang hampir sama. Untuk memanaskan air hingga menjadi steam pada tekanan 120 psig, dibutuhkan lebih banyak panas dalam bentuk sensible heat dengan latent heat yang relatif lebih rendah jika dibandingkan dengan pemanasan pada tekanan 0 psig. Hal ini mengindikasikan bahwa semakin rendah tekanan steam, maka akan semakin rendah suhu steam, namun akan memiliki latent heat yang semakin besar. Arti penting penerjemahan dari hal ini adalah lewat peristiwa kondensasi dan terbentuknya flash steam.

Flash Steam

Ketika kondensat yang memiliki tekanan tinggi dilepaskan pada lingkungan dengan tekanan yang lebih rendah, maka suhu kondensat tersebut akan turun menyesuaikan dengan tekanan lingkungan disekelilingnya. Jika suhu kondensat tersebut mencapai kondisi titik didih pada tekanan lingkungan yang lebih rendah, sebagaimana diketahui melalui tabel diatas, maka kondensat tersebut memiliki surplus sensible heat relatif dengan kondisi sebelumnya. Sensible heat ini akan diutilisasi sebagai latent heat, sehingga kondesat tersebut akan berevaporasi kembali menjadi steam. Steam tersebut dikenal dengan sebutan "flash steam". Flash steam juga bisa terbentuk jika kondensat mengalami pressure drop yang cukup tinggi di perpipaan. Jika hal ini terjadi, maka ia bisa mengganggu aliran kondensat dalam perpipaan.

Latent Heat

Kita mengandalkan latent heat yang dimiliki steam untuk mentransfer panas karena menyimpan jumlah energi yang lebih besar. Telah diketahui bahwa semakin rendah tekanan steam, maka akan semakin besar latent heat yang dimilikinya. Pada kondisi 12 psig, 1 lb steam akan menyerahkan 950.1 Btu panas sebagai latent heat namun hanya bisa meningkatkan suhu hingga maksimum 243.7 F. Demikian juga, untuk steam pada kondisi 120 psig akan menyerahkan 871 Btu steam dan mampu meningkatkan suhu hingga 350 F. Hal ini mengindikasikan bahwa sebenarnya penggunaan steam dengan tekanan lebih rendah akan menghasilkan transfer panas yang lebih efisien jika dibandingkan dengan steam pada tekanan lebih tinggi. Untuk itulah, steam sistem sebaiknya didesain dengan tekanan serendah mungkin, namun dengan tetap mencapai suhu proses yang diinginkan. Jadi, dengan dasar hal tersebut, didapatkan kondisi steam yang berbeda-beda di lapangan. 

Untuk proses yang membutuhkan suhu tinggi, maka akan digunakan HP atau MP steam, sedangkan untuk proses yang tidak membutuhkan suhu tinggi akan digunakan LP steam.