Wednesday, March 14, 2012

Cara Mengontrol Pompa Centrifugal

Saya baru saja menyelesaikan sebuah FEED yang berisi banyak pompa. Salah satu tantangan dalam mendesain pompa dari sisi process engineering adalah bagaimana mengontrol flow dari pompa tersebut. Well, saya ingin share sedikit pelajaran yang saya peroleh mengenai cara mengontrol pompa. Tentu saja jika pembaca ingin share dan menanggapi thread ini, you are very welcome!

Ada 4 cara dalam mnegontrol flow dari pompa yang biasa digunakan di industri
1. Throtting discharge pompa
2. Recycle flow
3. Speed control
4. Tanpa kontrol sama sekali !

1. Throttling discharge pompa

Throttling discharge pompa dengan menggunakan control valve yang mendapat input dari sebuah flow control valve / pressure control valve / level control valve berarti mengadjust flow yang keluar dari pump discharge sesuai rate yang kita inginkan. Contoh ilustrasinya adalah gambar berikut




Skema control seperti ini sangat umum digunakan untuk aplikasi dimana flow yang diinginkan di user di downstreamnya memiliki kemungkinan untuk bervariasi. Misalnya, dalam proyek yang sedang saya kerjakan, pompa yang dipasang memiliki 2 operation mode (max dan minimum), dimana max flow adalah 25,000 bpd, dan minimumnya adalah 21,000 bpd.
So, dibutuhkan sebuah device untuk mengadjust flow sesuai yang diinginkan, yaitu salah satunya control valve di discharge pompa.

Yang terjadi dengan pompa adalah sebagai berikut;




Take a look at system curve pada gambar di atas. Pada awalnya, pompa mendistribusikan flow sebesar Q0 dengan system curve yang ada. Saat operator memasukkan nilai set point flow sehingga control valve memperkecil bukaan, maka system curve bergeser berlawanan arah jarum jam dan menjadi MOD sytem curve; menghasilkan tambahan delta P dan memberikan nilai flowrate baru, sebesar Q1.

2. Recycle Flow

Skema mengontrol flow dengan recycle flow adalah sebagai berikut


Prinsipnya, sebagian flow dialirkan kembali ke tangki, untuk mereduksi flow yang diinginkan di downstream user.

Yang terjadi dengan pompa adalah sebagai berikut;



Misalkan sebuah pompa di sebuah plant beroperasi pada Q0. Kemudian si operator mengadjust set point flow rate sebesar Q1 di downstream pompa. Maka yang terjadi adalah seperti grafik di atas. Terlihat bahwa system curve bergeser sesuai arah jarum jam dan menghasilkan Q1. Artinya, total pressure drop berkurang di discharge pompa dan total flow yang keluar dari pompa menjadi bertambah saat recycle valve dibuka.

Anyway, ada yang sedikit aneh di pojok kiri bawah kurva kan? Itu adalah system curve sebelum check valve di discharge pompa terbuka. Setelah melewati check valve, system curve akan lebih kecil karena restriksi yang dialami lebih sedikit.

Kekurangan dari skema ini adalah pompa harus di desain dengan desain flowrate lebih besar daripada yang diinginkan user. In my opinion, skema ini tidak rekomended, karena ada waste energy yang tidak diperlukan dari pompa.

3. Speed Control


Skema mengontrol flow dengan speed control adalah sebagai berikut



Pengontrolan flow dengan cara mengontrol speed pompa biasanya dilakukan dengan menggunakan device tambahan bernama VSD (Variable Speed Drive). Flow set point dari FIC di discharge pompa memberikan input nilai ke VSD. VSD yang menerima nilai dari FIC, akan mengadjust speed dari rotasi pompa, sehingga memberikan nilai flow yang sesuai.

Yang terjadi dengan pompa adalah sebagai berikut;

  
 

So, perubahan flowrate terjadi karena kurva pompa yang bergeser, sesuai permintaan flowrate, Jika flowrate di set di 100% design flow, RPM pomp akan disesuaikan ke 100%. Jika ingin mengurangi flow-let say ke Q2- maka perubahan ini akan direspons pompa dengan cara mereduksi speednya ke 40% dari maximum speed.

4. Tanpa kontrol sama sekali !
Jangan anggap sepele dulu, karena faktanya, sebagian besar pompa di desain seperti ini, termasuk pompa air di rumah saya. Familiar dengan ini?





Pompa akan beroperasi pada titik pertemuan system curve dan pump curve. Tidak ada kontrol (throttling, speed atau recycle) sehingga pompa akan mendistribusikan flowrate yang tetap setiap saat. Flowrate akan berubah jika ada peningkatan backpressure dikarenakan misalnya ada manual valve yang tidak sengaja ditutup / dibuka lebih kecil, atau ada penyumbatan di downstreamnya.

Design seperti ini sangat cocok diaplikasikan untuk sistem dimana flowrate yang diinginkan user bernilai konstan setiap saat. Murah meriah, karena tidak perlu instrumentasi pengontrolan.

Pembaca punya ide lain untuk mengontrol pompa? Why don't you share with us...


Salam
Gandi Iswara
Process Engineer

Merujuk ke http://www.driedger.ca/ce1_cp/CE1_CP.html












21 comments:

  1. jadi pada dasarnya 1&2 itu modified system curvenya yah pak? pompanya sih tetep aja. mksdnya 1 itu nyekek kan + head/ total system curve yah, flownya - itu efeknya, klo 2 itu kan - head/system head turun, flownya +. ada efek ke pompanya gk pak dan batasannya? salah2 ntar pompanya hancur pak?

    kalo yang 3 itu pompanya yg bisa menyesuaikan dengan system curve yg tetep getu pak? klo headnya diminta harus konstan gk bisa dong yah pak pake ini? terus system head ~ flow juga gk pak? nambah kalo flownya nambah and kurang kalo flownya kurang

    gimana pencerahannya yah? karena klo ngikutin afinity law sepertinya aneh...

    ReplyDelete
    Replies
    1. Pak Anonim, terimakasih atas komen anda. Saya usahakan jawab pertanyaan Bapak satu-satu.

      1. Quote :
      "jadi pada dasarnya 1&2 itu modified system curvenya yah pak? pompanya sih tetep aja. mksdnya 1 itu nyekek kan + head/ total system curve yah, flownya - itu efeknya, klo 2 itu kan - head/system head turun, flownya +. ada efek ke pompanya gk pak dan batasannya? salah2 ntar pompanya hancur pak?"

      Dalam kasus ini, saya meninjau dari system curve. Saat saya meninjau performa pompa dari system curve, saya "mengabaikan" pump curve-nya. Namun, Bapak bisa saja meninjau case no.1 & 2 dari pump curve-nya sendiri, sebagaimana yang dijelaskan di referensi yang saya ambil (driedger- ada linknya dibawah tulisan saya).

      Nah, karena saya meninjaunya dari system curve, maka betul sekali apa yang dikatakan Bapak, yaitu : headnya naik, dan flow adalah efeknya. Begitu pula dengan no.2, dimana headnya turun dan flownya bertambah.

      2. Quote :
      "ada efek ke pompanya gk pak dan batasannya? salah2 ntar pompanya hancur pak?"

      Tentu saja ada, Pak. Mohon maaf saya tidak menjelaskan apa batasannya di tulisan saya ini. Namun, setahu saya, "mencekik" discharge valve hanya dapat dilakukan sampai titik minimum continuous flow pompa-yang biasanya diprovide oleh vendor. Menjalankan pompa terlalu dekat dengan titik min.flow pompa TERUS MENERUS akan mengakibatkan vibrasi pada pompa dan menyebabkan pompanya "jebol" seperti yang Bapak sampaikan.

      Tentu saja hal ini harus diconsider saat pemilihan pompa. Misalnya, jika diketahui ada sebuah mode operasi dimana pompa diharuskan mendeliver flowrate dalam jumlah yang minimum ke downstream equipment-katakanlah "x", maka sebaiknya pompa yang dipilih haruslah memiliki titik min.continuous flow yang cukup jauh dari titik "x" tsb. Saya tidak tahu berapa jarak minimal yang dibutuhkan, karena biasanya ditempat saya bekerja, hal ini ditentukan oleh Mechanical Engineer.Bukan Process Engineer

      Begitu juga dengan flow maximum yang bisa dideliver oleh pompa, nilainya dibatasi dengan titik Cut Off. Pompa tidak akan bisa mendeliver flowrate lebih dari titik cut off-nya.


      Delete
    2. Kemudian, untuk pertanyaan ini:
      Quote:
      "kalo yang 3 itu pompanya yg bisa menyesuaikan dengan system curve yg tetep getu pak?

      Jawaban saya:
      No. 3 adalah pengontrolan dengan menggunakan speed control. Dalam speed control, pump curve yang menyesuaikan.

      Quote:
      "klo headnya diminta harus konstan gk bisa dong yah pak pake ini?"

      Jawaban saya:
      Tentu saja. Malah, semua skema kontrol tidak bisa memberikan konstan head pada flow yang berubah-ubah, karena ini adalah POMPA SENTRIFUGAL ! Pompa sentrifugal akan memberikan head yang berbeda setiap perubahan flow, kecuali kurva pompanya sangat flat.

      Jika anda menginginkan head yang konstan untuk flowrate yang berubah - ubah, anda membutuhkan POMPA RECIPROCATING.

      Delete
    3. Quote:
      "nambah kalo flownya nambah and kurang kalo flownya kurang.
      gimana pencerahannya yah? karena klo ngikutin afinity law sepertinya aneh..."

      Jawaban saya:
      Mohon maaf saya tidak paham dengan bahasa pertanyaan anda. Mungkin bisa ditulis ulang pertanyaannya Pak dengan tata bahasa yang lebih baik agar saya paham pertanyaannya.

      Delete
  2. quote dari tulisan bapak yg lain:
    "...Terlihat bahwa kurva sistem akan berotasi searah jaruh jam. Terlihat pula flow yang mengalir dari pompa pada dasarnya sama, namun tekanan yang menuju ke process berkurang. Laju alir yang menuju ke downstream process akan berkurang karena ada sebagian flow yang mengalir melalui recycle line..."

    ini terasa lebih tepat untuk penjelasan #2 kayaknya...

    ReplyDelete
    Replies
    1. Saya yakin Bapak meng-quote bagian tersebut dari tulisan saya di Cara Mengontrol Reciprocating Pump, di bagian Recycle Control.

      Saya sepakat dengan Bapak, ini juga cocok untuk penjelasan no.#2, karena saya juga menulisnya demikian di atas, dibagian no. 2 (pengontrolan dengan Recycle Control) :)

      Dan karena pengontrolan Recicprocating Pump dengan recycle control juga mirip-mirip dengan prinsip pengontrolan pompa sentrifugal dengan recycle control, makanya di dua tulisan tersebut ada kemiripan. :)

      Delete
  3. Dear Pak Gandi,
    Boleh numpang tanya euy, saat ini saya memiliki pompa turbin dengan kapasitas 75 gpm dan discharge pressure 230 psi. Karena ada perubahan di header menjadi 150 psi maka pompa tersebut trip terus menerus sehingga vendor memasang RO pada discharge linenya dan katanya ini common practice. Pertanyaan saya apakah hal ini normal dan tidak akan mengakibatkan kerusakan pada pompa tersebut.

    Salam, Iman

    ReplyDelete
    Replies
    1. Pak Iman,

      You are very welcome untuk bertanya. Dan saya akan sangat senang menjawabnya. Semoga jawaban saya membantu Bapak.

      Pertama, saya mau tanya dulu. Discharge pressure 230 psi itu nilai desain atau aktual?

      Untuk saat ini, saya asumsikan dulu 230 psi itu adalah nilai desain.

      Dugaan saya, karena di header terjadi penurunan pressure menjadi 150 psi, maka discharge pressure aktual pompa Pak Iman saat ini sudah berkurang dari nilai desain (230 psi). Karena - sebagaimana yang Pak Iman juga ketahui - bahwa nilai discharge pressure suatu pompa adalah = destination pressure + pressure loss sepanjang pipa.

      Karena destination pressure saat ini berkurang menjadi 150 psi, maka perkiraan saya discharge pressure "aktual" pompa Pak Iman saat ini adalah 150 ++ ..yaa mungkin 160 psi lah..(tergantung dari konfigurasi perpipaan sistem yang Pak Iman miliki).

      Nilai 160 psi ini sepertinya berada di bawah settingan PSLL di discharge pompa Pak Iman, sehingga, Pompa Pak Iman trip. Apakah seperti itu? Ini hanya dugaan saya. Please CMIIW.

      Kembali ke laptop...

      Oleh karena itu, Pak Iman berniat menaikkan discharge pressure nya di atas settingan PSLL dan kembali di angka 230 psi.

      Karena pompa Pak Iman adalah centrifugal, yang harus Pak Iman lakukan adalah "mencekik" discharge pompa , sehingga pressure di discharge pompa naik ke angka 230 psi.

      Menurut saya, ada beberapa cara untuk melakukannya.

      Pertama, memasang RO di discharge pompa, seperti yang vendor Pak Iman usulkan.
      Ini solusi yang cukup bagus. RO akan memberikan tambahan pressure drop, sehingga discharge pressure bapak akan menjadi:
      Disch press = 150 psi + piping press loss + RO press loss

      Karena Disch pressure yang diinginkan adalah 230 psi, maka persamaan diatas bisa disederhanakan menjadi

      230 = 150 + pipe loss + RO press. loss
      Atau RO press loss = 230-150-pipe loss (A)

      Yang perlu Pak Iman pastikan adalah nilai pressure drop RO yang dibeli haruslah tidak melebihi nilai (A).
      Karena jika berlebih, bisa bisa pompanya tidak mampu mendeliver fluida ke tujuan, karena outlet pressure di RO akan menjadi terlalu kecil

      Plus jika terlalu besar, bisa bisa discharge pressure pompa Pak Iman jadi terlalu besar, sehingga mengakibatkan pompa Pak Iman vibrasi.

      Tapi juga tidak boleh terlalu lebih rendah daripada nilai (A). Karena jika terlalu rendah, bisa bisa nilai discharge pressure Pompa Pak Iman masih di bwah nilai PSLL, sehingga pompanya bakal trip lagi.

      Ada lagi cara lainnya..

      yaitu pasang control valve di discharge pompa. Prinsipnya sama dengan RO, hanya saja, control valve bisa diatur atur bukaannya; sementara RO akan menghasilkan flow yang fix.

      Atau ada cara yang lebih ekonomis.
      Saya yakin di discharge pompa Pak Iman ada manual valve. Pak Iman bisa throttling valve ini; diperkecil bukaannya sambil memonitor pressure di discharge pompa (saya yakin ada PI di outlet pompa), sampai pressurenya 230 psi.
      Tidak perlu beli RO.

      Tapi beresiko, karena siapapun bisa merubah rubah bukaan valve. Kecuali jika setelah mendapatkan valve opening yang sesuai, valve tersebut Pak Iman lock.

      Sepertinya RO memang pilihan bijak. Tapi itu dia,pressure dropnya memang harus dipastikan benar.

      Semoga menjawab. Jika belum menjawab, jangan sungkan-sungkan bertanya kembali.

      Salam,
      Gand

      Delete
  4. This comment has been removed by the author.

    ReplyDelete
  5. Dear Pak Gandi,

    Terimaksih informasinya, dan perkiraanya juga memang tepat seperti itu. Jadi awalnya semuanya sudah ok tapi belakangan ternyata ada perubahan desain untuk jaringan dari 230 menjadi 150. Sebenarnya saya mencari cara yang bisa membuat si vendor mengganti pompa tersebut sesuai perubahan desain karena semua desain dari mereka. Ok pak gandi terima kasih.

    Salam, Iman

    ReplyDelete
  6. Pak Gandi,

    Terkait pengaturan flow dengan throttling discharge valve pada pompa, sy ingn tanya hubungan antara tekanan di upstream (pompa) dengan di sisi downstream (flowline) akibat jepitan valve tersebut. Tanpa harus trial di lapangan, bisakah hal tersebut dihitung di atas kertas? valve yg digunakan bukan control valve tapi manual valve. Sebagai ilustrasi saat ini, posisi press pompa 1300psi sedangkan di flowline(akibat jepitan valve) 880psi. Ketika press pompa sy ingn sy turukan di 1060psi, bagaimana dengan press di flowline? berapa besar kenaikannya? mohon penerangannya..

    Terimakasih

    Salam
    handoyo

    ReplyDelete
    Replies
    1. Pak Handoyo,

      Terimakasih atas pertanyaannya dan terimakasih sudah mampir.
      Mohon maaf jawabannya agak delay.

      Jawaban saya: Pressure di flowline akan konstan di 880 psi. Penjelasannya adalah sebagai berikut.

      Berdasarkan penjelasan Pak Handoyo, sistem yang ada konfigurasinya adalah sbb:

      Pompa -- Valve (manual) -- Flowline
      Mohon koreksi jika salah.

      Lalu Pak Handoyo menurunkan pressure di discharge pompa. Asumsi saya, Bapak menurunkan pump discharge pressure dengan cara memperbesar bukaan valve dan parameter lain konstan. CMIIW.

      Karena bukaan valve diperbesar, dengan asumsi bahwa pompa Bapak adalah pompa centrifugal (CMIIW), maka system curve akan bergeser ke kanan, dan pressure di discharge pompa akan berkurang. Hal ini disebabkan karena pressure drop valve berkurang karena bukaannya diperbesar.

      Tekanan discharge pompa bukan independent variable, melainkan nilai yang bergantung pada systemnya. Persamaan hidrolik untuk tekanan discharge pompa adalah sbb:

      Pdisch = Parrival + Pdrop akibat pipe loss + Pdrop valve + Static head

      Karena P arrival sudah tertentu, Pdrop akibat pipe loss dan static head diasumsikan konstan, maka Pdischarge hanya berubah karena perubahan pressure drop di valve.

      Sehingga, yang terjadi adalah :
      1. Bukaan valve diperbesar ==> Pressure drop valve berkurang
      2. Sehingga P discharge pompa berkurang
      3. Namun, karena parameter lain fix, maka pressure di flowline akan tetap di 880 psi.

      Tentu saja, jawaban di atas adalah jawaban berdasarkan asumsi bahwa perubahan hanya terjadi di bukaan valve. Namun, jika variable yang berubah adalah P arrival, perubahan ukuran pipa atau perubahan static head, maka jawabannya akan berbeda pula.

      Semoga menjawab. Jika belum jelas, silakan bertanya kembali. Your question are very very welcome.

      Salam,
      Gandi

      Delete
    2. Sebagai tambahan penjelasan,

      Intinya pressure di discharge pompa memang turun, namun pressurr drop di valve juga turun karena dibuka lebih lebar. sehingga jika pressure di arrival sudah dikunci fix, maka pressure di flowline juga akan tetap di 880

      Delete
  7. Sebelumnya terimakasih atas penjelasannya.

    jadi memang tidak ada perubahan sistem apapun, selain bukaan valve yang diperbesar. Namun saya masih agak sdikit bingung, karna ada indikasi valve tersebut dijepit karena di flowline sudah mulai korosi sehingga supaya tidak bocor valve dijepit agar pressure di flowline menjadi berkurang. Bagaimana dengan statement tersebut, mohon koreksinya.

    fyi, sistem yang saya sampaikan adalah sistem injeksi air asin ke sumur injeksi.

    ReplyDelete
  8. Pak Handoyo,

    Fakta bahwa sistemnya adalah sistem sumur injeksi lebih menguatkan argumen saya bahwa pressure di flowline akan tetap.

    Dalam sistem ini,Parrival adalah tekanan di sumur injeksi, yg mana tekanan disumur injeksi likelihood utk berubah adlh sangat kecil.jadi,dpt dibilang Parrival fix.

    Sehingga,seperti penjelasan saya sebelumnya, jika Parrival fix,dan yg dilakukan hanya merubah bukaan valve, yg terjadi kemudian adlh pressure discharge pompa berkurang, pressure drop valve berkurang,namun p di flowline tetap.

    Mengenai pendapat di tim Pak Handoyo bahwa mereka mengurangi bukaan valve utk menurunkan tekanan di flowline agar mengurangi korosi, saya punya pendapat lain.

    Yang terjadi dg mengurangi bukaan valve bukanlah mengurangi tekanan, tapi mengurangi FLOWRATE. Dengan berkurangnya flowrate, velocity akan berkurang sehingga erosi pada flowline akan berkurang dan mengurangi laju korosi.

    Semoga menjawab.

    ReplyDelete
  9. Yup, saya sepakat dengan pendapat Pak Gandi. Dari hasil perhitungan velocity memang melebihi dari yang distandardkan di API 14E.

    Terimakasih Pak, saya rasa penjelasan bapak sudah sangat jelas.

    Jazakumullah khoiron katsir...

    ReplyDelete
    Replies
    1. Sama sama Pak Handoyo. Senang bisa membantu :)

      Delete
  10. Salam.pak tolong jelaskan lebih lanjut hub antara flow rate tekanan dan jarak makasih

    ReplyDelete
    Replies
    1. Mas Gung,

      Barangkali bisa lebih spesifik pertanyaannya?
      Secara umum, sebagaimana diajarkan dibanyak buku Fluid Mechanic, pressure drop akan semakin besar dengan bertambahnya jarak dan laju alir.

      Delete
  11. Dear Pak Gandi,

    Mau tanya, kalau existing head nya A meter lalu berubah menjadi B meter, untuk modifikasi pompa apakah cukup hanya ganti motornya saja? atau perlu ganti pump model-nya, Pak?

    Terimakasih untuk atensi dan responnya.

    ReplyDelete