Rangkuman Diskusi Mailing List Migas Indonesia (Maret 2003) ini membahas tentang design pitfall. Mengapa, walaupun semua aspek sudah diverifikasi, masih terjadi cavitation dan atau vibration pada pompa?

Pertanyaan : (Tahzudin Noor – VICO Indonesia)

Pada diskusi yang lalu ada keluhan mengenai pump vibration & cavitation.
Masukan-masukan dari Bapak Experts dibidangnya, semua saran-saran kelihatannya
sudah dikemukakan,i.e.: dari segi rotating machinery ( balancing & alignment,
etc ), electrical/instrument ( shielding, grounding, ground loop, etc ), process
( NPSH,… dst ), piping ( support/resonancy/frequency pribadi, dst ).

Bapak yang punya pompa sudah verifikasi terhadap semua saran, dan sudah tak
diragukan lagi. Tetapi masih juga ada cavitation and/or vibration.

Semua sudah bagus, kok masih tetap cavitation and/or vibration. Jadi pitfall
yang mana lagi? Semua sudah bagus. Ini process kah kambing hitamnya?

Tanggapan 1 : (Benny Sianturi – Conocophillips)

Itulah susahnya di rotating machinery, Pak. Tidak ada yg baku, semuanya tergantung
kondisi lapangan. Suatu perlakuan yg sukses di suatu tempat belum tentu berhasil
di tempat lain. Yg terbaik adalah kita berguru pada yg sudah pengalaman di lapangan.
Bak kata orang asing: It’s nice to talk, but very difficult to apply.

Pak Tahz, vibrasi akan sulit dihilangkan hanya bisa diminimize. Cavitasi terjadi
mengikuti perubahan di vibrasi (utk pompa). Cara yg paling aman (utk wilayah
Indonesia) adalah melakukan pengukuran alignment dalam kurun waktu jam 7 pagi,
jam 11 pagi, jam 2 sore, jam 5 sore, jam 9 malam, jam 1 malam, dan terakhir
jam 5 pagi. Kalau bisa dilakukan dalam seminggu berturut-turut, minimal kita
akan tahu statistik perubahan akibat temperatur dan gravitasi di tempat tsb.
Rata-rata dari pengukuran inilah yg akan digunakan utk penentuan nilai toleransi
alignment utk peralatan (pompa) tsb.

Pak Tahz, di rotating equipment, lebih sering terjadi metode "learning
by doing" dan "try-error-try again". Semoga pengalaman lapangan
ini bisa membantu.

Tanggapan 2 : (Cahyo Hardo – Premier Oil)

Menurut saya, jawabannya ada dua. Pertama adalah si process engineer (PE) ini
tahu, tapi tidak mau tahu. Lho? Yap, sebab dia merasa ini adalah bagiannya instrument
engineer. Baginya cukup sampai nge-run process flow diagram dan P&ID.

Yang kedua, adalah PE yang tidak tahu (?) Lho…. Umumnya, ketika sedang
nge-run PFD untuk mendesain satu kesatuan utuh process plant, orang akan lupa
yang kecil2. Maklum, kalau lihat isinya hysys, orang seperti terbuai bahwa dia
adalah segalanya sehingga lupa akan prinsip dasar, yang salah satunya adalah
kesetimbangan fasa dan perubahan yang terjadi akibat factor luar, seperti penurunan
tekanan atau pemanasan, atau pendinginan.

Koq bisa? Sebab, control valve biasanya tidaklah terlirik oleh seorang PE karena
tidak "mengasyikkan" ketimbang kolom dehydrator atau sistem refrijerasi
. Sehingga dia lupa melihat angka di hysys yang menunjukkan perubahan fasa setelah
lewat control valve, yaitu vapor/phase fraction…….

Pembetulannya…..

He..he…harusnya sekarang sudah tidak terjadi lagi karena, seperti yang
Pak Tahz katakana di e-mail, itu seharusnya meng-ilhami untuk menawar prinsip
rule of thumb di control valve design, yang katanya "minta jatah"
30% pressure drop dari keseluruhan sistem agar bagus. Jika tidak, maka controlabilitynya
jadi jelek karena hubungan input-outputnya tidaklah linear.

Well, ini bukannya tugas PE tapi si pendesain control valve supaya mendesain
control valve yang jika dipasang di perpipaan, maka installed-characteristic-nya
jadi linear. Jika engga, maka saya lagi2 pasti akan selalu melihat dua control
valve bertipe equal percentage yang dipasang parallel yang dirangkai oleh split
control mode. Katanya sih, hanya valve equal percentage yang akan jadi linear
jika digabung dengan perpipaan. Dan jika sial, siap2 aja project engineer atau
project manager bersungut2
karena harus merogoh kocek lebih banyak…ha..ha…So, buat vendor,
eh, manufactur, ini adalah tantangan tersendiri…

Sekarang hysys sudah ada yang model dynamic, jadi bisa dikaitkan dengan waktu.
Harusnya, masalah control valve ini juga jadi bagian study yang melekat dalam
perancangan sebuah pabrik, dan bukan cuma digunakan untuk merancang blowdown
system. Katanya, hysys dynamic bisa menebak fungsi tranfer dari proses, control
valve dan perpipaan. Bahkan dia bisa men-tuning. Jika emang bisa, harusnya bisa
direka-reka khan, mana yang terbaik meski tetap ada batasannya , yaitu yach
control valve characteristik itu sendiri…..Masalahnya, apakah emang perlu
selalu dilakukan??

Kalau saya, maka pertanyaan saya dulu adalah, seberapa penting control valve
ini bagi sistem di downstreamnya. Jika tidaklah penting, ya..maaf engga usah
di run hysys-nya. Jika penting, misalnya keluaran control valve ini kudu masuk
ke kolom distilasi yang notabene butuh feed yang steady, wah adalah keharusan
jadinya.

Terkadang, karena di trigger oleh cost, maka project ogah memasang anti-cavitation
valve dan lebih memilih direduksi pake restriction orifice (RO) aja, tokh ,
misalnya, proses downstream atau upstreamnya tidaklah butuh yang tenang2 amat.
Tetapi kalau butuh???

Apakah melulu itu saja alasannya. Engga juga. Salah satu alasan lain adalah
field development. Jika di masa datang ternyata akan diproduksi lebih banyak
lagi liquid, maka mengecilkan pressure drop di control valve dan membaginya
sama rata di perpipaan kelihatannya tidaklah bijaksana. Sebab, salah2 justru
ketika waktunya valve akan diganti, pipanya perlu juga diganti karena jika tidak
malah akan jadi bottleneck.

Ongkosnya mungkin tidaklah terlalu masalah buat perusahaan migas yang relatif
kaya, tetapi, terkadang pekerjaannya di lapangan yang membuat ruwet karena ,
kalau bisa jangan shutdown atau kalau shutdown jangan lebih dari sekian jam…..

Untuk kasus ini biasanya dipasang control valve yang reduce port, dan baru
dijadikan full port kalau dibutuhkan di masa2 mendatang.

Tetapi, kalau boleh ngelantur, saya punya cerita khusus tentang field development.
Yang namanya development pasti akan "menyeret" kata yang lain, yaitu
"ketidakpastian" yang kerap akan membuat orang lain marah2 …

Ketika suatu control valve dianggap ngadat sehingga menyebabkan naiknya level
cairan separator di upstream control valve tsb, maka front line operation, yaitu
operator akan memeriksanya. Di-cek2 dulu, diturunkan setting level di separator,
dst. Esoknya dia ngadu ke supervisor dan mulailah Pak supervisor melihat lebih
detil.

Mulailah dia turun ke plant dan membuka by-pass control valve tersebut. Ketika
dibuka by-passnya, control valve tidaklah menutup. Ada dua kemungkinan. Control
valve-nya sudah tidak cukup atau ada kerusakan di instrumentasinya. Cek2 dengan
orang maintenance, OK no problem……then start to confuse. Kita bawa
ke meeting dech.

Di meeting tingkat tinggi inilah kemudian keluar perintah dari pak manager.
Keluarnya bisa dua perintah. Yang pertama adalah meminta process engineer atau
instrument engineer untuk me-resizing control valve tersebut. Yang kedua, jika
dia berani, maka akan bertanya ke manager reservoir. He, kenapa liquidnya naik
secara cepat. Katanya baru tahun kesekian naik. Kalau ngitung itu, yang benar
jang…..

Maka manager urusan "bawah tanah" ini akan menjawab dengan tenang,
well, tahukah anda gimana ngitungnya produksi di bawah.? Banyak ketidak pastian
karena banyak asumsinya. Kecuali jika you punya alat canggih yang mirip2 tokoh
wayang Antareja, salah seorang anak Bima yang bisa nyilem ke dasar tanah dan
tahu pasti apa yang terjadi di bawah sana..he..he…Lagi pula, kita harusnya
bahagia , yang nambahkan produksi minyaknya….this is a good bisnis…

Tapi apa yang terjadi jika yang naik produksinya justru air?? Jika manager
operation itu nanya lagi, maka jawaban pamungkas adalah , well, this is a life
, anda harus terima, this is oil & gas nature. Uruslah plant mu, aku urus
reservoirku…he..he…

Oil and gas nature, we must accept that, eventhough looks unfair in case process
shutdown, reservoir engineer never got blame………he..he..…just
joking, do not hard feeling friends.

Lalu bagaimana ceritanya jika manager operation tadi memilih opsi yang pertama,
yaitu memerintahkan untuk me-resizing control valve. Bisa jadi ini akan mem-bumerang,
kembali lagi ke manager ini, karena facilities manager, boss-nya process engineer
tadi akan bertanya: berapa flowrate kamu yang maksimum, apakah akan ada pertambahan
di masa datang, dan kapan itu?

Well, kemana operation manager ini nanya? Pastinya reservoir manager he..he….Dan
begitulah ..mbulet

Positifnya adalah, ini adalah nature dari oil and gas business, meski sedikit
terkesan unfair.

Pesannya cuma satu ke reservoir engineer/petroleum engineer, hati2 kalau memprediksi
laju produksi. Kesalahan yang anda buat , bisa membuat seseorang terkena getahnya
, di surface processing facilities sono…he..he…

Tanggapan 3 : (Tahzudin Noor – VICO Indonesia)

Alignment sudah memperhitungkan thermal growth, pokoknya perfect menurut Bapak
yang punya pompa, dahulu itu. Yang dimaksud vibration, mestinya rough vibration
atau over than acceptable limit ( saya rasa ini yang dimaksud oleh Bapak yang
punya pompa dahulu itu). Bukannya tidak ada vibration sama sekali ( seperti
pada saat shutdown ). Jadi seingat saya, Bapak yang punya pompa itu sudah menyatakan
bahwa yang Pak Sianturi kemukakan itu sudah dilewati dan tak diragukan lagi.

Trial & error and try again and error again, apakah tidak di marahi sama
owner nya?

Tanggapan 4 : (Cahyo Hardo – Premier Oil)

Ini pompa yang mana Pak Tahz?

Saya cuma lamat2 inget ttg seorang yang minta bantuan diskusi dengan para pakar2
di migas karena di plant tempat temannya bekerja terjadi vibrasi/cavitasi pada
pompanya. Kelihatannya betul, bahwa sudah banyak dilakukan verifikasi terhadap
pertanyaan2 yang diajukan oleh rekan2 migas lain. Tetapi, saya lupa apa saja
pertanyaan yang sudah diajukan tentang sisi proses-nya.

Kalau bapak yang merasa pernah mengangkat topik ini (saya lupa namanya), bagaimana
keadaan pompa itu sekarang…masih rusak-kah? Atau sudah diganti yang baru???
Bersediakah menjelaskan kembali duduk perkaranya, sehingga bisa dianalisa lebih
detil…

Pak Tahz, saya engga punya guideline untuk mengevaluasinya, kecuali diterangkan
kembali dari awal….siapa tahu tindakan yang telah dilakukan untuk memeriksa
pompa tersebut ada yang kelewat….Maklum, rambut sama hitam, tapi pendapat
berbeda…

So, proses-kah kambing hitamnya? Mungkin saja sih……Selama semuanya
belum jelas.

Tanggapan 5 : (Tahzudin Noor – VICO Indonesia)

Saya lupa dengan Bapak yang telah mengangkat masalah vibration & cavitation
pada pompanya, yang lalu itu, yang jelas beliau salah satu anggota milisi Migas
ini.

Seperti yang sudah di terangkan di e-mail saya, semua experts di bidangnya
masing-masing, setahu saya sudah menyampaikan saran yang mungkin merupakan salah
satu solusi dari masalah yang dialami.

Dengan asumsi bahwa semua saran-saran itu sudah dilaksanakan, diverifikasi,
dan semua sudah memenuhi bahkan perfect. Akan tetapi masalah yang dimaksud masih
terjadi. Jadi saya pikir masih ada kambing hitam yang belum ditemukan, kelihatannya
belum disentuh/disadari karena mungkin terlalu sederhana dan tak canggih. So..
the truth is in X-file out there.

Tanggapan 6 : (Apriandy – VICO Indonesia)

Jika kita membagi pressure drop di piping system dan disisi lain "jatahnya"
control valve dibuat sekecil mungkin, akan terdapat suatu kondisi dimana peningkatan
flow fluida akan meningkatkan pressure drop di perpipaan yang signifikan, naaaah….kalo
udah kaya gini "jatahnya" valve yang udah kecil akan makiiin kecil
lagi…….dan bisa2 valvenya jadi kekecilan (nggak bisa "mengejar"
penurunan dP-nya walaupun)

Begitu juga sebaliknya jika flownya berkurang pressure drop di pipa akan turun
secara signifikan……dan bukaan valve akan mengecil bahkan bisa jadi terlalu
kecil karena dapat tambahan dP "limpahan" dari piping system (kesannya
valve nya over sized). Kalo desain seperti ini di aplikasikan ke sytem yang
bisa mengalami fluktuasi flow cukup signifikan yah bisa repot, misalnya ke fuel
gas system….. bisa bikin "berdebar-debar" terutama pada waktu mau
start gas turbine (jika start gas dan fuel gas diambil dari header yang sama.

Tanggapan 7 : (Cahyo Hardo – Premier Oil)

Kavitasi.
Kalau orang proses ditanya kenapa pompa sampe kavitasi, biasanya dia akan "tersengat"
dan langsung ngecek perhitungan NPSH-nya. Just it. Dapat hasilnya dan OK, bukan
karena kavitasi…….

Well, Ini harus dicermati karena perhitungan kavitasi adalah fungsi beberapa
variable, seperti tekanan uap fluida, panjang dan diameter pipa suction, serta
laju alir. Semakin membesar harga laju alir dan tekanan uap, maka NPSH available
akan turun. Semakin kecil pipa suction, harga NPSH available juga akan turun.
Sederhana,
tetapi karena sederhana biasanya terlalaikan. Misalnya, suatu kondensat yang
akan dipompakan dari separator menuju terminal, tengah dirancang pompanya. Salah
satunya yach, perhitungan NPSH itu. Oh, harga temperatur max yang terjadi sekian,
lalu dapatlah dia harga tekanan uap si kondensat tsb. Lalu, smile-smile dan
jadilah. Begitu di start-up terjadi kavitasi lalu vibrasi dan bubarlah….

Mau engga nih si process engineer disalahkan. Secara alami, orang akan defend
khan, persis permainan sepakbola. Tetapi coba tanyalah ke dia tentang perhitungan
tekanan uap tadi yang tentu saja dia salah. Harga tekanan uapnya haruslah harga
tekanan separator, karena telah terjadi kesetimbangan fasa di separator tersebut.
Harganya, biasanya significant untuk meminta NPSH available supaya lebih dinaikkan
lagi…..Have we check it out?

Itu baru salah satu contoh dari sekian akibat kegagalan dalam menentukan hitungan
NPSH. Belum lagi jika fluida yang dipompakan sarat dengan dissolve gas, seperti
sistem pemurnian produce water yang menggunakan air/gas floatation unit …wah…jika
tidak hati2 dalam menghitung NPSH (dan memang rumusnya jadi beda), bisa jadi
perkara jang.

Tidak jarang, piping engineer, eh salah, piping arrangement turut serta dalam
mempercepat kerusakan pompa dengan mengintroduce high-point di perpipaan atau
pemasangan concentric reducer disuction pompa, sehingga menyebabkan vapor pocket.

Terkadang, ketika merancang pompa, process engineer juga lupa bahwa NHSHrequirement
itu adalah fungsi laju alir fluida yang dipompakan. Dan seenaknya aja dia sizing
pada rate yang akan diperkirakan. Ketika system head berubah, demikian pula
flowratenya, maka NPSHr bisa menjadi lebih besar dari NPSH available (apalagi
kalau design-nya mau irit). Nah, kalau untuk membuktikan hal ini sangat sederhana.
Coba aja cekek discharge valve pompa (untuk menurunkan flownya), dengarlah…jika
suara berisiknya mereda, berarti itulah sebabnya…

Jika sudah lolos dari NPSH sini, sudahkah legas? Belon tentu , sebab menurut
embah-nya pompa, hydraulic institute, itu ada kondisi di mana meskipun NPSH available lebih besar 2 s.d 2.5 kali NPSH requirement, cavitasi tetap bisa terjadi,
terutama pada kondisi low flow. Apalagi kalau harga suction specific speed-nya (NSS) lebih dari 11000 (untuk satuan English).

Katanya pada daerah sekitar 30 – 40% dari BEP (what’s this?) BEP adalah best
operating point, yang merepresentasikan perpotongan kurva kinerja pompa dengan
system head. Pada sekitar harga 30 – 40%, maka di suction pompa, flow yang tidak
tersedot akan bergulung2, keriting alirannya. Biasanya orang2 hidrolik menyebutnya
sebagai pusaran eddy. Jika flow yang ngalir merendah, maka pusaran eddy ini
semakin menjadi-jadi…Pusaran eddy ini akan mereduksi "saluran air
efektif" dari suction menuju mata impeller, yang akhirnya bisa menaikkan
kecepatan fluida pada laju alir tertentu dan menyebabkan gas/air pocket. Semakin
tinggi harga NSS, maka butuh minimum flow semakin tinggi pula, maka jangan heran
, untuk pompa2 jenis ini, maka recirculation flownya butuh lebih banyak. Ini
juga harus di cek di pompa terpasang. Biasanya, untuk yang ini ada penjaga khususnya
, yang kata orang2 rotating disebut sebagai wear ring. Wear ring dirancang untuk
mereduksi aliran balik dari discharge ke suction sehingga merupakan salah satu
kunci keberhasilan kinerja pompa. Jika clearance antara wear ring ini dan impeller
membesar, maka, katanya NPSH requirement juga membesar dan resiko internal recirculation
juga membesar . Jika nge-test pompa, besaran ini biasanya diduga sudah jelek
(clearancenya sudah membesar) jika pompa tidak mampu mendeliver performance-nya
sesuai kurva dari manufaktur serta temperatur keluaran pompa cenderung naik….

Cara lain juga untuk ngecek-nya, biasanya naikin level dari separator , lalu
cek kembali performance pompa plus kenaikan temperatur di discharge-nya….

Selesaikah tentang kavitasi??? Not yet, sebab, bagaimana kalau kavitasinya
karena efek vortex? Vortex adalah seperti kalau kita ngaduk air di dalam gelas
dengan kecepatan tinggi. Ada aliran udara yang cenderung menekan air dan menjorok
ke dalam badan air, dan berbentuk seperti pusaran angin topan. Yap, high velocity
adalah kunci dari terjadinya vortex. Low level di separator juga bisa enyebabkannya.

Beberapa artikel menyebut kecepatan suction lebih dari 10 fps cenderung menyebabkan
vortex. Meskipun sudah ada vortex breaker, tapi biasanya cenderung terabaikan,
atau terplug, atau bahkan kelupaan dipasang karena bentuknya kecil dibanding
internal part yang lain di dalam separator he..he…

Lalu , bagaimana membedakan , mana yang karena NPSH dan mana yang karena internal
re-circulation…nah..ini tugasnya mechanical engineer untuk ngeceknya…process
engineer biasanya cuma tunggu laporannya….Well, sudah
ada perannya masing2…