Engineering Design: Line Sizing - Gas Line Design (2a)

Pipeline

Pada kesempatan kali ini, akan dibahas mengenai bagaimana mendesain sebuah line perpipaan untuk fluida gas. Line gas ini bisa ditemui dalam sebuah plant, misalnya adalah line udara baik itu utility air maupun instrument air, kemudian ada juga line nitrogen. 

Line gas seperti yang disebutkan diatas, bisa didesain dengan menggunakan pendekatan gas line sizing. Apa saja yang harus dilakukan dalam mendesain line gas ini, diterangkan secara lebih lengkap melalui tulisan dibawah:

================================================================

Formula Dasar

Sebelum menginjak mengenai cara mendesain ukuran perpipaan, satu hal yang perlu diketahui terlebih dahulu adalah rumus yang digunakan. Dalam hal ini, perpipaan yang digunakan adalah untuk menangani gas, maka rumus yang dihadirkan adalah rumus yang hanya bisa digunakan untuk menangani fluida dalam fasa gas.

1. Rumus untuk menentukan kecepatan dalam aliran perpipaan untuk fluida satu fasa berbentuk gas:

2. Laju hilang tekan atau pressure drop dalam psi tiap 100 ft panjang aliran, yang dihitung berdasarkan persamaan Darcy:

Untuk mencari Moody friction factor (fm), kita harus mengetahui bilangan Reynoldnya terlebih dahulu, dengan rumus sebagaimana berikut:

Ketika aliran fluida laminar (Re < 2000), maka nilai fm memiliki hubungan dengan bilangan Re, sebagaimana berikut:

Tingkat kekasaran permukaan pipa tidak memiliki efek pada friksi yang dialami oleh aliran pada laju alir laminar. Namun, ketika fluida turbulen, maka nilai fm sangat bergantung pada bilangan Re dan tingkat kekasaran relatif dari sebuah pipa lewat persamaan berikut:

Tingkat kekasaran pipa untuk beberapa material yang berbeda ditunjukkan pada tabel dibawah:

3. Tingkat kebisingan:

          ================================================================

Sizing Criteria

Setelah mengetahui mengenai formula yang dipakai, selanjutnya adalah batasan yang digunakan dalam mendesain ukuran pipa. Batasan ini biasanya disebutkan dalam dokumen design basis. Dibawah merupakan aturan yang digunakan untuk menentukan ukuran desain sebuah line yang digunakan untuk menangani sebuah fluida gas.

Beberapa catatan yang diberikan pada kriteria pada tabel tersebut adalah sebagaimana berikut:

1. Untuk line reciprocating compressor, diambil basis yang lebih konservatif, yakni dengan kecepatan maksimum yaitu 40 ft/s.

2. Kecepatan gas yang mengandung karbon dioksida (CO2) tidak boleh melebihi 60 ft/s dimana dalam line tersebut digunakan corrosion inhibitor (CI) yang membentuk lapisan tipis di permukaan pipa bagian dalam. Lewat diatas kecepatan tersebut, maka CI akan kehilangan efektifitasnya.

3. Untuk aliran kontinu (termasuk line di sistem flare), kecepatan uap tidak boleh melebihi kecepatan pengikisan (erosional velocity). Kecepatan terhitung tidak boleh melebihi kecepatan maksimum yang direkomendasikan ataupun kecepatan pengikisannya. Untuk aliran intermittent, dimana hilang tekan bukan menjadi sebuah pertimbangan (misalkan, recycle line dari kompressor), kecepatan tidak boleh melebihi 130 ft/s.

Sebagai tambahan untuk kriteria kecepatan dengan hilang tekan, kecepatan maksimum uap yang diperbolehkan ini berhubungan dengan level kebisingan, yang dihitung berdasarkan rumus berikut:

Maka, jika didapakan kecepatan uap melebihi Vmax untuk tingkat kebisingan, maka pertimbangan harus diberikan kepada jalur perpipaan dan tambahan insulasi kepada perpipaan, sebelum secara signifikan menambah ukuran dari perpipaan tersebut. 

4. Jalur untuk sistem vakum harus memiliki hilang tekan yang kurang dari 0.09 psi/ 100 ft.

Demikian adalah salah satu cara untuk menentukan desain ukuran sebuah perpipaan gas. Pada bagian selanjutnya akan dibahas mengenai contoh pengaplikasian dari berbagai formula yang sudah dijelaskan pada bab ini untuk mendesain ukuran sebuah pipa gas.

Keep stay tuned