Rangkuman Diskusi Mailing List Migas Indonesia (Januari 2003) ini membahas tentang pemasangan cryogenic protection (perlindungan dgn indikasi temperatur) di vessel. Bagaimana pertimbangan lokasi thermal sensornya? Apa saja yang diperlukan?

Saya butuh bantuan untuk memasang cryogenic protection (perlindungan dgn indikasi
temperatur) di vessel. Jadi pas vessel blow down, pressure diturunkan s/d 0°
dan temperatur decrease sampai <0°. Nah, pas mau di-pressurize lagi kita
harus nunggu sampai metal di vessel mencapai temperatur tertentu, karena kalau
terlalu dingin langsung di-pressurize bisa retak. Jadi perlindungan ini utk
menghindari retaknya vessel. Yang jadi pertanyaan saya adalah pertimbangan lokasi
thermal sensornya dan perhit. Apa saja yang diperlukan?

Tanggapan 1 :

Melihat pertanyaannya, saya menangkap 2 kemungkinan:

Pertama:
Vessel tidak akan dimasukkan fluida apapun sampai naik ke temperatur tertentu
baru dipressurise. Berarti, energi panas yang diambil oleh vessel untuk menghangatkan
dirinya cuma berasal dari udara sekitarnya (saya asumsikan vessel tsb tidak
diinsulasi atau telanjang). Fenomena perpindahan panas yang terjadi di vessel
hanyalah semata via konveksi (aliran udara ke permukaan logam vessel) dan konduksi
(dari dinding luar vessel ke dinding dalam vessel). Perhitungan ini banyak dijelaskan
di pelbagai buku perpindahan panas.

Lalu dimana meletakkan temperatur sensornya? Sepintas bisa terlihat di mana
saja di badan (kulit) vessel, mungkin yang terbaik di punggung atas vessel untuk
jenis horizontal, atau di pinggang vessel untuk jenis vertical.

Kemelencengan pengukuran yang terjadi, mungkin disebabkan oleh arus pergerakan
angin yang tentunya tidak merata di badan vessel plus ..dari mana arah anginnya…plus
diletakkan di mana vessel tsb (daerah yang lapang, atau banyak terhalang vessel
lainnya seperti di offshore platform).

Pertanyaannya adalah secepat apa perpindahan panasnya plus pengaruh-pengaruh
faktor-faktor di atas? Yach, terpaksa harus dihitung via mekanisme tadi dan
carilah kondisi terburuk. Feeling saya sih yach bisa lama juga…Tergantung
relatif berapa lama, namun issue safety mencuat dalam hal ini karena vessel
yang telanjang itu sangat dingin ….Jadi kalau bisa jangan terlalu kelamaan,
nanti operator terkena bisa cold burn ketika menyentuh vessel ini secara tidak
sengaja.

Kedua:
Saya juga menangkap bahwa setelah mencapai temperatur 0°, maka vessel tidak
boleh langsung di pressurize, tetapi tidak menyebutkan apakah boleh dialirkan
fluida untuk menghangatkannya. Kalau boleh, mungkin kira-kira algoritmanya seperti
ini:

Pertama sekali biasanya akan dimasukkan fluida yang bersifat jelek dari sisi
perpindahan panasnya, serta bisa mengisi keseluruhan vessel yang di-blowdown.

Keliatannya fluida gas adalah kandidat yang baik. Lalu berapa temperatur gas
yang diperbolehkan agar vessel tidak mengalami thermal shock, dan berapa pula
kecepatannya?

Well, kita harus mendapatkan dulu hubungan antara waktu vs gradient kenaikan
temperatur dari logam yang dipakai si vessel tsb sebagai batasannya.

Kemudian, kita tebak laju alir gas plus temperaturnya. Logikanya karena vessel
tsb mempunyai temp. yang rendah, maka gas yang akan dialirkan itu juga harus
mempunyai temperatur yang rendah pula (tetapi harus lebih tinggi dari temp.
si vessel ini, yach kalau tidak salah min 10°F supaya perpindahan panas
yang terjadi bisa berlangsung dengan baik).

Jika besaran di atas sudah ditentukan, lakukanlah perhitungan perpindahan panas
non-isotermal, dari inlet ke outlet vessel. Jenis perpindahan panasnya lagi-lagi
konveksi-konduksi. Logikanya adalah, temperatur gas keluaran vessel akan lebih
dingin dari inletnya, permukaan dinding dalam vessel di inlet, lebih tinggi
dari pada permukaan dinding dalam di bagian outletnya. Tetapi, belum tentu pula
temp. di dinding luar inlet nozzle di vessel lebih tinggi dari dinding luar
vessel karena biasanya ketebalannya berbeda. Periksa pula pengaruh perpindahan
panas konveksi yang disebabkan oleh aliran angin di sekitar vessel, apakah lebih
berpengaruh ketimbang yang disebabkan oleh aliran gas di dalam vessel.

Hasil bla..bla…di atas mestinya berupa hubungan antara temperatur di dinding
dalam vessel dari inlet sampai outlet, plus dari dalam dinding vessel ke dinding
luar vessel sepanjang inlet-outlet. Hasil ini lalu dibandingkan thp batasan
yang sudah disebutkan di atas. Kalau klop oke dech, kalau enggak, yang kudu
di-adjust adalah laju alir gas-nya atau temperatur gas-nya atau mungkin keduanya.

Keterangan di atas hanya berlaku untuk vessel yang tidak mengandung cairan
sehabis di-blowdown. Kalau ada, maka bagian bawah vessel yang diisi oleh cairan
harus diperlakukan khusus dalam perhitungan perpindahan panasnya karena di sini
terjadi perpindahan panas konveksi dari gas ke cairan, konduksi dari cairan
ke dinding dalam vessel serta konduksi (lagi!) lagi dinding dalam ke dinding
luar vessel. Profil temperatur antara bagian atas vessel dan bagian bawahnya,
mulai dari inlet sampai outlet vessel jadinya berbeda.

Bagaimana dengan vessel yang vertical? Harusnya bagian bawah vessel mempunyai
kenaikan temperatur yang lebih rendah karena melulu yang banyak tersentuh aliran
gas adalah bagian vessel di pinggangnya lalu menuju bagian atas vessel (maklum
karena bentuknya yang vertical). Kayaknya ini agak rumit ketimbang vessel berjenis
horizontal.

Kalau sudah tahu semuanya, maka dengan melihat profil tersebut, maka kita bisa
tahu kondisi "terburuk"-nya, dan disitulah sensor diletakkan.

Kalau ditanya apakah saya sudah pernah menghitung kasus ini sebelumnya? Belum
pernah! Dan kalau saya disuruh menghitung, hal di atas terpaksa saya lakukan.
Mungkin saya juga akan mencoba satu asumsi yang memudahkan perhitungan, misalnya
menganggap temperatur dinding dalam vessel mulai dari inlet sampai outlet vessel
adalah sama. Berarti perhitungannya jadi sederhana…Hasilnya nanti dievaluasi
apakah masih bisa diterima…

Kalau company standard di itu menyebutkan hal ini, itu bisa lebih baik. Atau
jika punya simulasi CFD (computerized fluid dynamic), jadi makin mudah….

Tanggapan 2 :

Mungkin sedikit tambahan informasi. Biasanya terjadinya penurunan temperatur
pada saat blow down terjadi di down stream valve drain dan ini akibat terjadinya
perubahan fase akibat perubahan tekanan. sebagai contoh yang terjadi di tempat
saya adalah drain CO2 gas tekanan tinggi ke Atmosfir pada saat drain, sehingga
udara sekitar yang membawa uap air akan ikut membeku menyelimuti sekitar pipa.
Untuk mengatasi hal tersebut maka dipasang steam tracing di pipa drain-nya.
Jadi sedikit tambahan saran (kalau memang susuai):

  • Perpanjang pipa blowdown downstream valve dan lengkapi dengan steam tracing
    sehingga daerah yang temperaturnya dibawah nol bisa agak jauh dari vesselnya
    sendiri, dengan tambahan steam tracing sepanjang pipa blowdown termasuk valvenya
    yang hanya diaktifkan beberapa saat sebelum melakukan blowdown.
  • Steam tracing ini selain membantu menjaga perubahan temperatur yang drastis,
    juga mencegah terjadinya kebuntuan akibat pembekuan uap air disekeliling pipa
    atau pembekuan fluidanya sendiri akibat perubahan fase.
  • Alternatif steam tracing adalah dengan electrical heater (mana yang lebih
    effektif atau ketersediaan dilapangan).