Dip Pipe dan Hazard Listrik Statis

Posting kali ini terisnpirasi dari pertanyaan rekan Rochmadi di postingan saya sebelumnya (Fungsi-siphon-breaker-di-inlet-pipa).

Quote:

“Kenapa filling line (di sebuah tangki atmosferik) harus di letakkan di bawah LLL?”

Unquote

The question sounds simple. However, the answer seems not that simple

Seperti yang telah anda ketahui, bahwa konfigurasi pengisian tangki storage ada 2 macam.

1. Top Filling
2. Bottom Filling

Keduanya memiliki pros dan cons masing-masing. Namun, pada posting kali ini, saya ingin berfokus pada  membahas konfigurasi Top Filling terlebih dahulu.

Sebagai Process Engineer, tentunya tidak asing bagi anda bila melihat bahwa konfigurasi pengisian tangki menggunakan metode Top Filling yang biasanya –jika tidak selalu- adalah dengan menggunakan sebuah device bernama DIP PIPE.

Berikut adalah contoh dimana Dip Pipe diaplikasikan

Dip pipe ini pada dasarnya hanya sebuah pipa yang tercelup pada kedalaman tertentu di dalam tangki, untuk mengarahkan fluida pada kedalaman tersebut saat pengisian tangki. 

However, mungkin jarang yang mengetahui bahwa penggunaan dip pipe ini sangat erat kaitannya dengan safety, yaitu untuk mencegah terjadinya bahaya fire dan/atau explosion yang diakibatkan listrik statis.

How come?

Hazard listrik statis pada Oil & Gas Facility adalah salah satu hazard yang sering dioverlook oleh Process Engineer. Sebagai Process Engineer, selama anda mengikuti HAZOP, berapa kali potensi bahaya ini pernah dibahas? Dari 3 HAZOP dan 1 HAZID yang pernah saya ikuti, sama sekali bahaya fire akibat listrik statis tidak pernah tersentuh (mungkin berbeda dengan pembaca yang sudah sepuh.. ), sehingga, bagi saya, ini menjadi hal yang sangat perlu dan menarik untuk diperhatikan, mengingat risk dari hazard ini cukup berbahaya.

Percobaan sisir yang digesekkan ke rambut, dan kemudian dapat menarik serpihan kertas yang kita lakukan saat SMP dahulu menjelaskan bahwa listrik statis timbul diakibatkan karena adanya gesekan antara dua benda yang bermuatan dan kemudian dipisahkan. Saat dua objek bersentuhan, muatan pada permukaan kedua benda akan berusaha untuk saling mencapai kondisi keseimbangan, sehingga elektron pada objek yang satu dapat berpindah ke objek lain yang bersentuhan dengannya. Saat mereka terpisah, elektron yang sudah “terlanjur” terpisah akibat berusaha mencapai keadaan kesetimbangannya akan tetap berada pada objek yang terakhir ditempatinya. Akibatnya,objek yang kehilangan elektron akan cenderung bermuatan positif¸sedangkan objek yang menerima elektron akan bermuatan negatif. Jika muatan ini tidak dialirkan ke “ground”, maka muatan tersebut akan diam dan menjadi “statis” (Ini alasannya kenapa disebut listrik statis).Jika muatan listrik terus terakumulasi, objek tersebut akan memiliki cukup energi untuk melepaskan muatan listrik ini dalam bentuk spark ke objek yang memiliki muatan listrik lebih rendah daripada dirinya.

Dalam oil & gas facility, potensi bahaya listrik statis dapat terjadi. Hidrokarbon adalah fluida yang cenderung dianggap insulator karena muatan listriknya sangat sedikit, sehingga hidrokarbon sangat mudah menerima elektron dari benda yang dilaluinya, seperti pipa. 

Dan beberapa contoh peristiwa yang mengakibatkan terbentuknya listrik statis di oil & gas facility diantaranya:

• Aliran pada pipa

Disebabkan karena hidrokarbon bersentuhan dengan pipa, lalu kemudian terpisahkan karena hidrokarbonnya mengalir, maka elektron pada pipa dapat ikut terbawa oleh hidrokarbon dan ikut terbawa ke downstream equipmentnya (i.e. storage tank).

• Filter

Dikatakan hidrokarbon yang melalui filter dapat membawa muatan listrik 200 kali lebih banyak daripada muatan listrik yang dibawa hidrokarbon karena mengalir lewat pipa.

• Agitasi

Pergesekan antara fluida dan agitator akan memberikan perpindahan elekktron yang cukup banyak. Thus, menghasilkan muatan listrik pada hidrokarbon. Diperparah karena hidrokarbon yang masuk ke dalam tangki telah bermuatan listrik akibat gesekan dengan pipa dan filter di upstream tangki, sehingga gesekan antar hidrokarbon akibat turbulensi di dalam tangki pun akan menimbulkan lebih banyak listrik statis.

• Filling

Splashing saat hidrokarbon difilling di atas permukaan fluida di dalam tangki mengakibatkan turbulensi dan mengakibatkan pergesekan antar hidrokarbon, dan antara hidrokarbon dan dinding tangki, sehingga akan mengakibatkan berpindahnya elektron pada hidrokarbon dan menimbulkan lebih banyak listrik statis.

Seperti yang telah dijelaskan di atas, bahwa akumulasi muatan listrik pada objek (dalam hal ini hdrokarbon), dapat mengakibatkan spark. Kata orang pinter yang menyusun NFPA 77, hanya dibutuhkan perpindahan 1 elektron dari setiap 500 atom hidrokarbon untuk menghasilkan potensi spark.

Spark yang dihasilkan ini, jika bertemu campuran hidrokarbon + udara dengan kadar hidrokarbon yang berada di rentang Lower Flammable Limit (LFL) dan Upper Flammable Limit (UFL), surely akan mengakibatkan fire dan bahkan explosion dalam sebuah oil facility.

Bagaimana cara mencegahnya?

Di sinilah fungsi DIP PIPE itu.

Salah satu metode untuk mencegahnya adalah dengan menggunakan DIP PIPE. Dip Pipe membuat fluida dialirkan ke bagian bawah tangki,  sehingga menghilangkan potensi splashing dipermukaan fluida di dalam tangki pada saat filling. 

NFPA 77 bagian 8.5.2.1 memberikan guidance bahwa panjang dip pipe adalah tercelup /  berada di bawah  liquid level sedalam :

• 2 x Pipe diameter, atau
• 0.6 m

Whichever is less.

Angka di atas diyakini meminimalisir splashing, agitasi dan turbulensi pada saat filling, begitu kata orang pinter penyusun NFPA 77.

However, NFPA 77 tidak menyatakan liquid level yang mana yang dijadikan acuan (apakah HHLL, HLL, NLL, LLL, LLLL). Tapi, tebakan saya adalah NLL.

Jadi, untuk menjawab pertanyaan rekan Rochmadi :”“Kenapa filling line harus di letakkan di bawah LLL?”;

Jawabannya adalah -sesuai penjelasan di atas- yaitu untuk mereduksi potensi bahaya listrik statis saat filling tangki. Dengan koreksi sedikit, bahwa filling tidaklah mesti di bawah LLL, karena bisa jadi angka 2 x Pipe diameter atau 0.6 m dibawah NLL yang direkomendasikan oleh NFPA masih berada di atas LLL tangki.

Tindakan lainnya yang direkomendasikan oleh NFPA 77 untuk meminimalisir terjadinya  hazard listrik statis adalah mengurangi velocity fluida saat masuk ke tangki menjadi 1 m/s. Hal ini diyakini dapat mereduksi splashing dan turbulensi saat filling. This can be done- of course- by addition of enlarger at inlet tank nozle.

Tentu saja, metode di atas tidaklah sepenuhnya menghilangkan bahaya fire yang diakibatkan listrik statis. Sebagai Process Engineer, it is our duty to design our plant safely.

Hazard fire akibat listrik statis hanyalah akan terjadi kadar hidrokarbon pada campuran udara dan hidrokarbon berada di rentang LFL-UFL. Hal ini dapat dicegah dengan penggunaan blanket gas (i.e. inert gas / fuel gas) , sehingga hidrokarbon dipastikan tidak terekspos dengan udara, sehingga ignitable mixture (hidrokarbon + udara) tidak terjadi.

Selanjutnya, jika di upstream tangki terdapat filter, maka dianjurkan memberikan jarak sekitar 30 detik antara filter dan tangki untuk memberikan relaxation time. Orang orang pinter yang menyusun NFPA 77 percaya bahwa 30 detik ini akan mengakibatkan listrik statis yang dihasilkan akibat gesekan fluida dan media filter akan berkurang secara signifikan.

Selain itu, hal terpenting, pemasangan grounding pada tangki akan memberi tingkat keamanan yang lebih baik. Grounding akan mengakibatkan semua muatan listrik di dalam fluida akan mengalir ke ground, dan semua objek berada pada potensial listrik 0 (zero), sehingga potensi spark dan ujung ujungnya fire akibat listrik statis tidak terjadi.

Injeksi antistatis chemical juga dapat meng-enhance tingkat safety. Buat saya, terutama jika di upstream tangki ada filter, saya akan merekomendasikan untuk penginjeksian chemical ini. 

Any other thoughts? Why don’t you share with us, as always.

Regards,

Gandi Iswara