BACK PRESSURE DALAM PEMILIHAN PRESSURE SAFETY VALVE (SIZING & CALCULATING)

Pressure Relief Device

Pressure relief device atau sering dikenal dengan PSV merupakan perangkat yang digunakan untuk melepas tekanan berlebih atas kenaikan thermal dan kenaikan tekanan suatu system.  Ada beberapa hal yang perlu dipertimbangkan dalam melakukan pemilihan PSV / PRV yakni sebagai berikut :

a. Kondisi operasi

b. Built up pressure & Back pressure

c. Set DTP PSV

d. Size orrifice PSV

1.   CODE dan STANDARD

Proses Design dan manufaktur Thermal Relief Valve dilaksanakan sesuai dengan code dan standard sertifikasi berikut :

API 520	Sizing, Selection and Installation of Pressure Relieving Device
API 521	Pressure Relieving and Depressuring System

 

2.     SIMBOL DALAM PERHITUNGAN 

Berikut merupakan berbagai simbol yang digunakan dalam perhitungan relief valve calculation

·          L     = Panjang pipa

·          OD  = Outlet Diameter pipa yang digunakan

·          r      = jari -jari

·          Alm = Rerata area (log mean area)

·          A2   = Luas Permukaan luar area pipa

·          A1   = Luas Permukaan dalam

·          Sg    = Spesific Gravity

·          T     = Temperatur

·          Cp  = Spesific Heat Capacity

·          Sgt   = Spesific Gravity temperatur corrected

·          Φ   = Total Heat Transfer Rate

·          Kd = Effective Coefficient discharge

·          Kw = Correction factor terhadap backpressure

·          T2 = Operating temperature

·          T1 = Temperatur setelah terjadi perpindahan panas

·          T1-T2 = Kenaikan temperatur

3.     PERHITUNGAN TRANSFER PANAS & KENAIKAN TEMPERATUR

Perhitungan heat transfer dan kenaikan temperatur perlu dihitung untuk mendapatkan nilai temperatur setelah terpapar panas. Langkah awal yang digunakan yakni dengan menghitung rerata area (log mean area).  Perhitungan rerata area pipa yang terpapar panas menggunakan persamaan berikut :

                                    

(Persamaan 1, Referensi : Transport Process & Unit Operations, Christie J. Geankoplis)

 

·Perhitungan diameter pipa. perhitungan diameter pipa digunakan untuk menghitung permukaan area sebagai data dalam memasukan heat input. Permukaan yang digunakan yakni menggunakan diameter pipa terbesar pada rencana pipa yang akan dipasang pressure relief device. Hal ini ditujukan untuk dapat mencakup perhitung berbagai diameter pipa yang terlibat. Dimensi Outlet diameter pipa dapat mengacu pada ASME B36.10 .

·        Perhitungan luas permukaan keliling pipa

Perhitungan berikut digunakan untuk sebagai data yang dimasukan dalam perhitungan heat input yakni dengan rumus sebagai berikut :         (Persamaan 2)

 

·      DNI  (Direct Normal Irradiannce)

DNI (Direct Normal Irradiance) atau "Irradian Normal Langsung". Ini adalah ukuran dari radiasi matahari yang mencapai permukaan bumi pada sudut datang yang tepat, yang biasanya diukur dalam satuan kilowatt hour per meter persegi (kWh/m²).

Hasil perhitungan heat transfer.

 

·      Heat Transfer

Heat transfer merupakan perpindahan panas dari satu object / satu tempat ke tempat lain. Dengan mendapatkan nilai DNI (kWh/m2/day) maka heat input dapat digunakan dengan persamaan sebagai berikut :

    Q = DNI . A2  / Lama Penyinaran  (Persamaan 3)

   Kemudian untuk mencari nilai T1-T2 heat transfer melalui hollow silinder dapat dihitung   dengan persamaan berikut :

                  Q = K.Alm        (Persamaan 3, Referensi : Transport Process & Unit Operations, Christie J. Geankoplis)

·      Data Input Perhitungan

·     Data & Hasil Perhitungan

DNI	3.779	kWH/m2/day
Lama Penyinaran	7.3	jam/ hari
Panjang Pipa	300	m
OD (12 in)	0.3230	m	ASME B36.10
r	0.1615	m
A2	314.41	m2
Q	157.9	kW
	157900	W
k	35.50	w/m.K
ID	0.303	m	ASME B36.10
r	0.151	m
A1	285.43	m2
Alm	295.11	m2	(Persamaan 1)
T1-T2	0.16	K
T2	308.00	K
T1	308.16	K	(Persamaan 3)
T1 (koneversi ke Celcius)	35.16	C

 

4.     DENSITY DAN SPESIFIC VOLUME

Spesific Heat capacity merupakan jumlah panas (kalor) yang diperlukan untuk menaikan suhu / temperatur fluida tersebut sebesar 1 derat Celcius atau 1 derajat kelvin.

Perhitungan spesific gravity pada temperatur operasi yakni sebagai berikut

 

SGT = SG15 – (5.93 X10-4) x (T(oC) – 15)                                      

   (Persamaan 4 , referensi API Publication 421 at link Jhon M. Compbell Petroskill )

 

·        Data input :

Deskripsi	Nilai	Referensi
Spesific Heat Capacity Gasoline	2220 (J/Kg.K)	(Referensi Tabel nilai spesific Gravity: Abaomi : Research Gate)
Spesific Heat Capacity   Diesel / Solar	1750 (J/Kg.K)	(Referensi Tabel nilai spesific Gravity: Abaomi : Research Gate)
Densitas Produk BBM	710-860 Kg/m3	Jurnal Analisa Karakteristik Bahan Bakar Minyak  (Seminar Nasional Inovasi Teknologi)
Densitas Pertamax (produk BBM pada pipa 12”)	770 Kg/m3	Jurnal Analisa Karakteristik Bahan Bakar Minyak  (Seminar Nasional Inovasi Teknologi)

 

·     Data & Hasil Perhitungan

 

5.   CUBIC EXPANSION COEFFICIENT 

Cubic expansion coefficient adalah koefisien yang mengukur seberapa besar perubahan volume dari suatu benda padat ketika suhunya berubah. Perhitungan Cubic Expansion Coefficient dapat dihiung dengan persamaan berikut

          

6.     RELIEF FLOW RATE 

Relief Flow rate merupakan flow rate yang dilepaskan pada saat kenaikan temperatur T2. Flow rate tersebut dapat dihitung sebagai berikut    (Persamaan 6, Refer : API 521)

7.     OVER PRESSURE 

Overpressure pada relief valve merupakan kenaikan tekanan antara tekanan sistem awal terhadap kenaikan tekanan akhir yang terjadi. Kenaikan tekanan tersebut dapat dihitung dengan persamaan berikut.

 

8.     REQUIRED AREA CALCULATION 

Dalam perhitungan sizing untuk relief fluida cairan code API menggunakan perhitunga effective area dalam penentuannya. Effective area dihitung berdasarkan persamaan berikut :

                                                                        (Persamaan 7)

Q	0.398	m3/hr
	6.63	liter/min
G (Specific Grafity @Relief)	0.758
Kd	0.65	Mengacu pada  API 520 Section 3.8 (Sizing For Liquid Relief)
Kw	1	Mengacu pada  API 520  Section 3.8 (Sizing For Liquid Relief)
Kc	1	Mengacu pada  API 520  Section 3.8 (Sizing For Liquid Relief)
Kv	1	Mengacu pada  API 520 Section 3.8 (Sizing For Liquid Relief)
µ @ Relief	1.061	cp
P1	3139.92738	kPA
A (Kv=1)	2.85413	mm2
	0.02854	cm2
	0.00452	inc2
Orrifice yang dipilih yakni  3/4" dengan area 0,516 cm2
A	0.51600	cm2
v	0.00021	m/s
µ @ Relief	1.06125	cp
Re	123876.6735588
Kv	0.9983179
A setelah Kv	1.715365391	mm2
	0.017153654	cm2 (mencukupi)

9.     JUSTIFIKASI HASIL PERHITUNGAN 

·        Berdasarkan perhitungan tersebut maka oriface effective area dapat menggunakan pressure atau Thermal relief device ukuran   3/4" (inlet) x 1” (Outlet).

·        API 521 pada section 4.4 menyatakan bahwa untuk penggunaan yang ditujukan melepaskan kenaikan tekanan pada fluida cair dan flowrate relieving yang disyaratkan relatif rendah maka dapat menggunakan DN 20xDN 25 (NPS 3/4x NPS 1)