Solar irradiance menjadi salah satu Justifikasi & Penentuan Thermal and Pressure Relief Valve

Peta matahari menjadi bagian solar irradiance yang diperhitungkan....

Diskusi ini bermulaidari hasil konsinyeering P&ID (Piping & Instrumen Design) terkait suatu proses yang melibatkan fluida Petroleum. Bukan rana project management memang dalam penentuan penggunaan relief device tapi tidak sepenuhnya juga pada disiplin proses melainkan multidisiplin ilmu. Berangkat dari 6 unit thermal relief valve kemudian menjadi 18 unit tentu sangat melibatkan penggunaan biaya, pengajuan kerja tambah, dan rencana pengurusan c.o.i. (certificate of inspection Migas). Kali ini dalam segi teknikal, mari kita bersama-sama mengulas penggunaan thermal atau pressure relief device pada suatu sistem bertekanan kususnya pada fluida cari.

bismillahirrohmanirrohim, lanjut Pressure Relief Device

PRD atau pressure relief Device merupakan perangkat yang digunakan untuk melepas tekanan berlebih atas kenaikan thermal maupun kenaikan tekanan suatu system. PRD dapat berupa Safety Valve, Pressure relief valve atau Thermal relief valve.

  Pressure relief valve atau thermal relief valve kerap kali dipasang pada jalur-jalur perpipaan dengan adanya kemungkinan terisolasi / terblock sementara terpapar oleh panas dan memungkinkan terjadinya kenaikan pressure. Gejala tersebut dapat kita temui contohnya pada jalur perpipaan ketika tidak ada penyaluran pada siang hari kemudian tiba-tiba gasket / packing diantara flange pecah, rembes, maupun diarea lain. Selain itu juga bisa dirasakan ketika menggerakan loading aram pada bangsal pengisian semakin berat ketika akan dioperasikan.

(www.flowstarvalveshop.com)

2.   APPLICABLE CODE AND STANDARDS

Proses Design dan manufaktur Thermal / pressure 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
ASME Section VIII	Rules of Construction for pressure vessel

3.     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

·         A2 = Luas Permukaan luar area pipa

·         A1 = Luas Permukaan dalam

·         Sg    = Spesific Gravity

·         T     = Temperatur

·         Cp = Spesific Heat Capacity

·         Sg = Spesific Gravity at tank stock

·         Φ = Total Heat Transfer Rate

·         Kd = Effective Coefficient discharge

·         Kw = Correction factor terhadap backpressure

4.     PERHITUNGAN HEAT TRANSFER & KENAIKAN TEMPERATUR Perhitungan heat transfer dan kenaikan temperatur dihitung untuk mendapatkan area yang terpapar panas. Perhitungan tersebut melibatkan data perhitungan pipa dan solar radiance yakni menggunakan persamaan berikut :

 

(Persamaan 1)

 

·        Perhitungan diameter pipa

perhitungan diameter pipa digunakan untuk menghitung permukaan area sebagai data dalam memasukan heat input. Permukaan yang digunakan yakni menggunakan diamter 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 :

 

𝐴 = 2𝜋𝑟2𝐿                                                                                                            (Persamaan 2)

 

 

Aln : Area yang terpapar panas

Ref: Transport Process & Unit Operations, Christie J. Geankoplis

 

 

·      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 per meter persegi (kW/m²).

Hasil perhitungan heat transfer. Mari kita menuju contoh kalkulasi / sizing penentuan peralatan tersebut.

 

DNI	3.779	kWH/m2/day
Lama Penyinaran	5	jam/ hari	Estimasi penyiran pukul 09.00-14.00
Panjang Pipa	310	m
OD (6 in)	0.3230	m	ASME B36.10
r	0.1615	m
A2	314.41	m2	(Persamaan 1)
Q	237.63	kW
	237,630	W
k	35.50	w/m.K
ID	0.30700	m
r	0.15350	m
A1	298.83	m2	(Persamaan 1)
Alm	306.56	m2	(Persamaan 2)
T1-T2	0.17	K
T2	308.00	K
T1	308.17	K
	35.17	C

 

 

5.     DENSITY DAN SPESIFIC VOLUME

 

Perhitungan spesific gravity pada temperatur operasi yakni sebagai berikut

 

SGT = SG15 – (5.93 X10-4) x (T(oC) – 15)                                                                                       (Persamaan 3)

 

Dalam perhitungan spesific gravity maka diperlukan input data spesific heat capacity. Spesific Heat capacity merupakan jumlah panas (kalor) yang diperlukan untuk menaikan suhu

/ temperatur fluida tersebut sebesar 1 derat Celcius atau 1 derajat kelvin

 

Data spesific gravity pada BBM (Referensi Tabel nilai spesific Gravity: Abaomi : Research Gate)

 

Jenis Bahan bakar	Spesific Heat Capacity (J/Kg.K)
Gasoline	2220
Diesel	1750

 

 

 

Cp Gasoline	2220	J/kg.K
Densitas Pertamax	770	kg/m3
SG15	0.770
Kondisi Operasi
T1	35.00	C
SG1	0.7581
ρ1	758.14	kg/m3
Kondisi Relief
T2	35.17	C
SG2	0.7580
ρ2	758.04	kg/m3
Kondisi Operasi

 

6.   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

𝛼𝑣

= (ρ12- ρ12)/(2 (T2-T2) ρ1- ρ1))                                                              (Persamaan 4)

 

 

 

T1(T.operating) C	35.00
T2(T.relief) C	35.17
SG @Toperating	0.7581
Density @ Toperating	758.14
SG @Trelief	0.7580
Density @Trelief	758.04

 

 

 

 

𝛼𝑣
0.0007822	1/C

 

7.     RELIEF FLOW RATE

Relief Flow rate merupakan flow rate yang dilepaskan pada saat kenaikan temperatur T2.

Flow rate tersebut dapat dihitung sebagai berikut

 

(Persamaan 5)

 

Data:
𝛼𝑣	0.000782	/C
Φ	237629.72	W
d	758.140	kg/m3
c	2220	J/kg.K
q	1.10E-04	m3/s
	0.398	m3/h

8.     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.

 

 

(Persamaan 6)

 

Data:
T1	35.00	C
T2	35.17	C
v1	0.001319	m3/kg
v2	0.001319	m3/kg
α1	0.0000121	/C
	0.000782	/C
E	207000000	kPa
d	0.32300	m
δw	0.01425	m

	THERMAL / PRESSURE RELIEF VALVE CALCULATION
No. Dokumen	PEKERJAAN PENGADAAN IMPLEMENTASI METERING SYSTEM BACKLOADING DI IT TANJUNG UBAN	Rev : 0
MSB-CAL-30-135-A4	No Halaman
Page 9 of 10

 

μ	0.3
P2-p1	2566.24	kPa
	26.17	kg/cm2
P1 (discharge pump)	573.69	KPa
P2	3139.93	kPa
Backpressure	313.99	kPa

 

 

9.     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)

 

10.  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)

berikut merupakan beberapa contoh model PRV brand Farris Engineering

sumber : https://pdf.directindustry.com/pdf/farris-engineering/farris-engineering/55087-443739.html Semoga bermanfaat dan bisa membantu :

Egi Sepfriansyah A. S.Tr.T.,M.T.

Novia R. S.E.

Ega S. Avianto S.Tr.,M.M.

Ummu K.N. S.E.