Download - Bab Vii - Geothermal
BAB VII
PERALATAN KHUSUS UNTUK PRODUKSI GEOTHERMAL
7.1. Teori Dasar
Geothermal merupakan energi alternative baru sebagai pembangkit tenaga
listrik dengan prinsip mengubah mekanis penggerak turbin, menjadi energi listrik
hasil putaran turbin penggerak generator. Adapun peralatan khusus untuk
produksi geothermal tang digunakan untuk mengubah energi panas dari uap panas
bumi menjadi energi listrik (watt) adalah sebagai berikut:
7.1.1. Orifice flow meter
Orifice adalah plat berlubang yang disisipkan pada laluan aliran fluida
yang diukur, juga merupakan alat primer yang berfungsi untuk mendapatkanbeda
tekanan antara aliran pada upstream dan downsream dari pipa orifice itu sendiri.
Orifice merupakan salah satu alat ukur yang digunakan dilapangan geothermal
dan umumnya orifice diletakkan sebelum separator.
Prinsip kerja Orifice meter, adalah:
Fluida yang diukur aliranya, dialirkan melaui plat orifice
Perbedaan atau selisih tekanan fluida yang melalui orifice, antara up-
stream dan down-stream dicatat
Suhu dan tekanan fluida pada up-stream juga dicatat untuk mengetahui
densitasnya
Adapun perangkat alat ukur orifice flow meter, terdiri dari:
Plat orifice dengan diameter tertentu
Sepasang lubang/titik, sebuah di up-stream dan sebuah lagi di down-
stream
Manometer dan thermometer.
294
7.1.1.1. Plat Orifice
Plat orifice merupakan bagian dari orifice flow meter yang berfungsi
mengalirkan fluida yang akan diukur harga mass flownya. Plat orifice hanya dapat
dipakai untuk menentukan aliran fluida dalam pipa berdiameter tidakkurangdari
satu inch. Plat orifice ada tiga jenis sesuai dengan fungsinya, yaitu:
Square edge, untuk menakar aliran uap dan air
Conical Entrance, untuk mengukur fluida kental (minyak)
Quarter Cicle, juga untuk mengukur fluida kental
7.1.1.2. Lubang Tekanan
Lubang tekanan atau titik tekanan yang sering disebut juga pressure
tapping (PT), letaknya tidak sembarangan.lubang pengambilan beda tekanan
biasanya ditemapatkan dalam bidang horizontal dengan garis disambung denagn
considering terjadi pada alat ukur sekunder.
Dikenal 3 posisi pressure tapping, yaitu:
Corner Tapping, jenis ini akan menghasilkan perbedaan tekanan yang
terkecil dari ketiga jenis ini
Dinamo dan D/2 Tapping, jenis ini mengahsilkan perbedaan tekanan yang
besar
Flange Tapping, jenis ini menghasilkan perbedaan tekanan diantara kedua
jenis tapping pressure diatas
7.1.1.3. Manometer dan Thermometer
Manometer diperlukan untuk mengetahui tekanan fluida pada up-stream
dalam menentukan densitas fluida tersebut. Metode yang diperlukan dalam
mengukur dan menunjukkan besaran tekanan adalah tekanan atau gaya per satuan
luas bidang, terlebih dahulu diubah kedalam bentuk gerakan mekanik, kemudian
gerak ini dikalibrasikan kedalam skala angka. Manometer ini diletakkan setelah
separator (pada liquid dominated reservoir), sebelum orifice meter. Disamping itu
diperlukan pula sebuah manometer Hg (raksa) untuk mengetahui selisih tekanan
fluida diantara dua sisi plat orifice.
Temperature pada pressure tapping up-stream perlu diketahui dalam
kaitannya untuk mengetahui densitas dan untuk koreksi plat orifice dan diameter
295
pipa kerena adanya ekspansi panas. Prinsip pengukuran dari thermometer ada 2,
yaitu dengan metode pemuaian dan metode elektris. Dalam metode memuaian
yang diukur menghasilkan pemuaian. Pemuaian dirubah kedalam bentuk-bentuk
gerak mekanik, kemudian dikalibrasikan kedalm skala angka-angka yang
menunjukkan nilai panas yang diukur. Dari kedua metode tersebut yang umumnya
digunakan dilapangan geothermal adalah metode pemuaian, tetapi thermometer
tidak dipasang tepat pada up-stream pressure tapping, karena dapat mengganggu
sifat aliran fluida yang masuk atau melalui orifice, oleh karena itu thermometer
harus ditempatkan di up-stream pada jarak minimal 25kali diameter pipa dari plat
orifice.
7.1.2. Cone atau Kerucut
Cone atau kerucut merupakan suatu alat yang berfungsi untuk mengukur
besar aliran dari uap kering (dry steam) dengan menyemburkan uap pada sonic
velocity ke atmosfer melalui sebuah cone atau kerucut yangdimensinya sebagian
telah ditentukan ukuranya. Metode pengukuran dengan kerucut kurang akurat,
tetapi untuk tekanan minimum 2.0 atau sudah cukup baik untuk perhitungan
kasar. Cone terletak setelah separator (pada liquid dominated reservoir).
Walaupun diameter pipa up-stream dan panjang kerucut sudah ditentukan untuk
cone taper (P) yang diinginkan.
Cara lain untuk mengukur besar aliran fluida untuk uap kering dapat
dilakukan dengan sharp-edge orifice meter, dengan panjang pipa up-stream yang
lurus sekurang-kurangnya 25 kali diameter pipa dan dari down-stream 10 kali
diameter dalam pipa tersebut, agar tidak terjadi turbulensi.
7.1.3. Separator
Dalam produksi minyak dan gas, separator juga digunakan, hanya
separator yang digunakan di geothermal berfungsi memisahkan uap dari air panas,
fluida yang telah terpisahkan ini diukur dengan menggunakan orifice. Separator
yang paling efisien untuk produksi geothermal adalah cyclone separator. Cyclone
separator menggunakan gaya sentrifugal untuk memisahkan air dari uapnya. Gaya
296
sentrifugal menyebabkan air menempel pada dinding dan karena gaya beratnya
akan bergerak kebawah secara spiral dan keluar dari separator melalui pipa
tengensial.
Sedangkan uap secara spiral masuk kedalam pipa yang berada ditengah-
tengah separator dan mengalir keluar. Pada suatu lapangan geothermal yang
bertekanan cukup tinggi, bias dibuat rangka separator bertingkat dua atau
bertingkat tiga.
7.1.4. Silincer
Sesuai dengan namanya silencer adalah alat untuk meredam suara
disamping itu juga berfungsi sebagai pemisah antara air dan uap yang akan
dibuang. Air perlu dipisahkan dari uap akan mengendap seperti hujan gerimis dan
bila air tersebut mengandung unsur kimia tertentu dapat mematikan tumbuhan
disekitarnya. Weir box terletak setelah silencer. Bagian utama dari weir box terdiri
dari plat weir dan saluran air.
7.1.5. Weir Box
Besar volume air yang mengalir pada tekanan atmosfer dapat pula
ditentukan dengan suatu peralatan yang disebut weir box terletak silencer. Bagian
utama dari weir box terdiri dari plat weir dan saluran air.
7.1.5.1. Plat Weir
Suatu plat weir harus memenuhi syarat-syarat sbb:
Sudut yang terbentuk dari puncak plat kebawah pada bagian outside harus
45o dan lebar horizontal pada puncak plat 2 mm
Bidang bagian dalam plat harus benar-benar datar dan halus, terutama
pada daerah sampai 100 mm dari puncak atau bibit plat.
Berdiri tegak dari puncak atau bibit plat
Menurut bentuknya plat weir dibedakan menjadi 3 jenis, yaitu:
1. Rigth angle triangular weir (V-notch)
2. Rectangular weir
3. Full-width weir
297
7.1.5.2. Saluran Air
Saluran air terdiri dari 3 bagian, yaitu:
1. Driving section (pengarah aliran)
2. Flow straightening section (pelurus aliran)
3. Straightened flow section (aliran yang lurus)
Panjang setiap bagian saluran telah ditentukan. Bila saluran tidak memiliki flow
straightening section, maka panjang straightening flow section minimal 10 kali
lebar saluran.
Tinggi permukaan air yang meluap pada plat weir diukur dengan tabung
ukur yang saling berhubungan dengan weir box pada bagian straightening floe
section, pada jarak minimum 3 h (h = tinggi luapan maksimal) dan minimal b (b =
lebar weir box) dari plat weir, minimal 50 mm dibawah titik terendah pelimpah
dan minimal 50 mm diatas dasar saluran (dasar weir box) dan diameter dalam
lubang penghubung antara weir box dan tabung ukur antara 10-30 mm.
7.1.6. Peralatan lainnya
Peralatan ini merupakan peralatan panunjang dalam produksi geothermal
dan peralatan yang berfungsi untuk memanfaatkan uap, yaitu:
Menara pendingin (water cooler)
Turbin dan Generator
Kondensor
Peralatan-peralatan tersebut merupakan bagian dari power plant.
298
7.2. Deskripsi Alat
7.2.1. Cyclone Separator
Fungsi :
Memisahkan uap menjadi air dan uap kering.
Mekanisme kerja :
Steam dari sumur akan masuk ke separator lewat wet steam inlet dan akan
dipisahkan di dalam separator dengan gaya sentrifugal. Air akan menempel di
dinding bagian dalam dari separator dan akan turun hingga keluar melalui water
outlet, sedangkan dry steam akan keluar melalui steam outlet di bawah separator.
Letak :
Berada pada unit pemisahan di permukan setelah melaui beberapa flow line.
Spesifikasi:
Table 7.1. Specifikasi Cyclone Separator
No. Of Cyclones in Manifold Capacity BPD m3/hr
1
16
10
16
30
1.000-1.700
6.000-10.000
10.000-17.000
16.500-27.000
31.000-51.000
7-11
41-68
68-144
109-122
209-341
299
300
Gambar 7.1. Cyclone Separator
7.2.2. Condensor
Fungsi :
Mendinginkan hot steam yang keluar dari turbin.
Mekanisme kerja :
Steam dari tubing yang telah dimanfaatkan tekanannya akan dialirkan ke
kondensor dan akan keluar dalam bentuk vapour dan liquit.
Letak :
Berada dekat dengan turbin.
Spesifikasi :
Tabel 7.2.Spesifikasi Condensor
Item No. Description Part No. No. Req’d
1
2
3
4
5
Pump Governor
Assembly
Globe Valve
Air Lubricator
Air Regular
Air Filter
Pump Governor
250-308
107-750
106-003
105-754
105-503
250-166
3
1
1
1
1
301
302
Gambar 7.2. Condensor
7.2.3. Cooling Tower
Fungsi :
Mendinginkan liquit agar dapat dimanfaatkan lagi.
Mekanisme kerja:
Liquit condensated yang keluar dari condensor akan dimasukkan ke dalam
cooling tower dan hasilnya adalah cool water yang siap untuk diinjeksikan ke
sumur lagi dan atau dibuang ke sungai.
Letak :
Berada dekat atau di sekitar condensor.
Spesifikasi :
Tabel 7.3. Spesifikasi Cooling Tower
Capacity,
MMBTU/hr
Varians Weigth of Gas
fired
(lb)
Size
(ft)
1,5 Eigth passes
upstream and 10
downstream
14.660 22 x 7 x 11
303
304
Gambar 7.3. Cooling Tower
7.2.4. Geothermal Flow Line
Fungsi :
Mengalirkan steam ke peralatan – peralatan geothermal yang lain.
Mekanisme kerja :
Flow line ini dipasang dengan berbagai kelokan untuk mengurangi velocity steam,
mencegah aliran balik, dan mencegah pemuaian pipa.
Letak :
Di permukaan dimana menghubungkan antara kepala sumur dengan unit pemisah
(separator unit).
Spesifikasi :
Tabel 7.4. Spesifikasi Geothermal Flow Line
Working Pressure,psi Size of baker,inchi
10.000
25.000
43
26
305
306
Gambar 7.4. Geothermal Flow Line
7.2.5. Orifice Flange Fitting
Fungsi:
Untuk mendapatkan beda tekanan antara aliran pada up – stream dan down –
stream dari orifice itu sendiri.
Mekanisme kerja :
Fluida yang akan diukur alirannya dialirkan melalui plat orifice, beda tekanan
yang melalui orifice akan dicatat suhu dan tekanannya, pada up – stream juga juga
dicatat untuk mengetahui densitas.
Letak:
Umumnya orifice diletakkan sebelum separator.
Spesifikasi :
Tabel 7.5. Spesifikasi Orifice Flange Fitting
Model Pressure
(psi)
No. Product
B-1
D
E
10.000
10.000
10.000
598-33
598-35
598-41
307
308
Gambar 7.5. Orifice Flange Fitting
7.2.6. Tubing Anchor
Fungsi :
Anchor berfungsi untuk menyekat annulus antara tubing dan casing.
Mekanisme Kerja :
Anchor ini akan menyekat ruang annulus antara tubing dan casing sehingga fluida
tidak mengalir melalui annulus.
Letak/Posisi :
Diletakkan di antara casing dan tubing.
Specifikasi :
Table. 3.9. Specifikasi Tubing Anchor
Casing size Anchor spec. Approximate
Part
number
O.D.
(inc)
Weight
(lbs/ft)
Tubing thread O.D. (inc) I.D. (inc) Weight
(pounds)
Length
(inc)
RAT 52500
RAT 53500
RAT 54000
RAT 54500
RAT 55520
RAT 55525
RAT 57020
RAT 57250
RAT 57350
RAT 58525
2 7/8
3 ½
4
4 ½
5 ½
5 ½
7
7
7
8 5/8
9.5
9.30-10.20
9.25-11.6
9.50-12.6
13-23
13-23
17-32
17-32
17-32
24-40
1 ½ 10RD EUE
1 ½ 10RD EUE
1 ½ 10RD EUE
2 3/8 8RD EUE
2 3/8 8RD EUE
2 7/8 8RD EUE
2 3/8 8RD EUE
2 7/8 8RD EUE
3 ½ 8RD EUE
2 7/8 8RD EUE
2.250
2.850
3.250
3.750
4.500
4.500
5.875
5.875
5.875
7.500
1.000
1.625
1.625
2.000
2.000
2.500
2.000
2.500
3.000
2.500
25
25
40
45
70
70
125
125
125
200
23
23
35
35
38
38
43
43
45
45
309
310
Gambar 7.6. Tubing Anchor
7.2.7. Tubing Heads Adapter
Fungsi:
Tubing Heads berfungsi untuk menahan semua jenis tubing hangers.
Mekanisme kerja:
Tubing Heads dikunci oleh screw-screw yang cukup kuat untuk menahan semua
jenis tubing hangers. Screw-screw ini juga memberikan kompressi tambahan pada
packing annulus.
Letak :
Dipasang diatas permukaan dibawah X - Mastree
Spesifikasi :
Tabel 7.7. Spesifikasi Tubing Heads Adapter
Top
Flange
Bottom
Threaded
Inches
Outlet A B C Part No.
6-2000 7 2 12 3/8 6 ¼ 6 3/8 83-020-207
6-3000 5 1/2 2 12 5/8 6 13/16 5 83-020-438
311
312
Gambar 7.7. Tubing Heads Adapter
7.2.8. Manifold
Fungsi:
1. Mengendalikan aliran fluida produksi dari tiap sumur yang ada.
2. Memisahkan aliran dari beberapa gradien minyak yang ada.
3. Membagi mainlines menjadi beberapa bagian.
4. Mencegah terjadinya tekanan balik dari separator ke sumur.
5. Memisahkan setiap tangki penampungan dengan mainlines.
Mekanisme kerja:
Merupakan akhir pertemuan flow line yang berasal dari berbagai sumur yang
terdiri dari rangkaian susunan katub.
Letak :
Setelah x-matree.
Spesifikasi:
Tabel 5.13. Spesifikasi Manifold
Type Assembly
Number
No.of Station
GKHE-MI
GKHE-2MI
GKHE-3MI
37416-Y
39027-Y
38343-Y
1
2
1
313
314
Gambar 7.8. Manifold
7.2.9. Casing Spool
Fungsi :
Untuk tempat pemasangan Choke Line dan Kill Line
Mekanisme Kerja :
Spool yang dipasang diantara preventer.
Letak :
Dipasang pada rangkaian X-mastree pada kepala sumur.
Specifikasi :
Table. 7.9. Specifiksi Casing Spool
Nominal Flanges Max Csg Size
Dimention(inch)
Part Number Nom Bowl Size
Nom Bushing
SizeStudded bottom TopSize W.P Size W.P A B C 10” 2000 10” 2000 7 5/8 20 5 1/8 6 13/16 400675-10 10” 10”10” 3000 10” 3000 7 5/8 20 5 1/8 6 13/16 400644-10 10” 10”10” 3000 10” 3000 7 5/8 18 5/8 5 1/8 6 13/16 400700-10 10” 10”10” 5000 10” 5000 7 5/8 20 5 1/8 6 13/16 400636-10 10” 10”
315
316
Gambar 7.9. Casing Spool
7.2.10. Casing Hangers
Fungsi
1. Meredusir tekanan gas yang timbul diantara casing string.
2. Mengalirkan fluida di annulus.
Mekanisme
Casing Hangers merupakan fitting (sambungan) tempat menggantungkan casing.
Di antara casing string pada casing head terdapat seal untuk menahan fluida
keluar.
Letak
Terletak dibawah rangkaian X-mastree, tepatnya dibawah well head.
Spesifikasi
Table 2.10. Spesifikasi Type “CH-1” Casing Hangers
Nom. Bowl Size Casing Size
Part Numbers
CH-1
Casing Hangers
RCH-1
Running Tools
10” 7” 400185-10 400198-10
10” 7 5/8” 400186-10 400199-10
12” 7” 400359-10 400360-10
12” 7 5/8” 400376-10 400372-10
12” 8 5/8”’ 400398-10 400402-10
12” 9 5/8” 400187-10 400121-10
12” 10 ¾” 400188-10 400201-10
16” 9 5/8” 400393-10 400368-10
16” 10 ¾” 400401-10 400383-10
16” 13 3/8” 400363-10 400397-10
20” 10 3/8” 400382-10 400364-10
20” 13 3/8” 400189-10 400202-10
317
318
Gambar 7.10. Casing Hangers
7.2.11. Gate Valve
Fungsi :
Gate valve berfungsi untuk membuka dan menutup sumur.
Mekanisme Kerja :
Gate valve dioperasikan seperti halnya seperti mengoperasikan sebuah keran.
Jumlahnya satu atau tergantung pada kapasitas dan tekanan kerja sumur.
Letak/Posisi :
Terletak di X-mastree.
Specifikasi :
Table. 7.11. Specifikasi Gate Valve
Size A B C D E F
2 x 1 ¾
2
2 ½
3
4
6
1 13/16
2 1/16
2 9/16
3 1/8
4 1/16
6 5/8
6 3/8
6 3/8
7 ½
8
10
23
24
24
27
29 5/16
36 7/8
54
14
14
16
16
20
18
14 5/8
14 5/8
16 5/8
18 5/8
21 5/8
28
11 ½
11 ½
13
13 ¼
14 1/8
319
320
Gambar 7.11. Gate Valve
7.2.12. Well Head
Fungsi :
Sebagai alat pengontrol sumur di permukaan.
Mekanisme Kerja :
Tersusun atas tubing hanger dan casing head yang berguna sebagai dudukan atau
tempat menggantung bagi casing dan tubing. Terbuat dari besi baja membentuk
suatu sistem seal/penyekat untuk menahan semburan atau kebocoran fluida sumur
ke permukaan.
Letak:
Terletak di bawah X-mastree.
Specifikasi :
Table.7.12. Specifikasi Well Heads (Micro Mini)
Type 71 Micro mini Casing Tubing HeadsTop
Flange
(Inch)
Working
Pressure
(psi)
Casing
Size
(In) A B C D E
Part
Number
8
2000
75/8 16 ¾ 5 21/32 14 1/8 6 7/8 9 1/32 364272
8 5/8 16 ¾ 5 21/32 14 1/8 7 7/8 9 1/32 364273
3000
75/8 16 ¾ 5 21/32 14 1/8 6 7/8 9 1/32 364274
8 5/8 16 ¾ 5 21/32 14 1/8 7 7/8 9 1/32 364275
10
9 5/8 18 ¾ 6 21/32 15 17/32 8 7/8 11 1/32 364276
10 ¾ 18 ¾ 6 21/32 15 17/32 10 11 1/32 364277
9 5/8 18 ¾ 6 21/32 15 17/32 9 1/8 11 1/32 364060
10 ¾ 18 ¾ 6 21/32 15 17/32 10 11 1/32 364246
12
11 ¾ 18 ¾ 6 21/32 15 17/32 11 13 5/8 364278
13 3/8 18 ¾ 6 21/32 15 17/32 12/58 13 5/8 364279
11 ¾ 18 ¾ 6 21/32 15 17/32 11 13 5/8 364280
13 3/8 18 ¾ 6 21/32 15 17/32 12/58 13 5/8 364170
321
322
Gambar 7.12. Well Head
7.3. Pembahasan
Geothermal merupakan energi alternative baru sebagai pembangkit tenaga
listrik dengan prinsip mengubah mekanis penggerak turbin menjadi energi listrik
hasil putaran turbin penggerak generator. Adapun peralatan khusus untuk
produksi geothermal yang digunakan untuk mengubah energi panas bumi menjadi
energi listrik yaitu: Orifice flow meter, Cone atau kerucut, Separator, dan Meir
Box.
Dalam produksi minyak dan gas, separator juga digunakan, hanya
separator yang digunakan di geothermal berfungsi memisahkan uap dari air panas,
fluida yang telah terpisahkan ini diukur dengan menggunakan orifice. Salah satu
separator yang digunakan dalam geothermal adalah cyclone separator dimana
menggunakan prinsip gaya sentrifugal untuk memisahkan air dari uapnya. Adanya
silencer selain sebagai alat untuk meredam suara, juga berfungsi sebagai pemisah
antara air dan uap yang akan dibuang. Sejumlah air yang telah berhasil diredaman
oleh silencer harus pula ditentukan besar volumenya setelah keluar dari silencer.
Sedangkan peralatan penunjang dalam produksi geothermal dan peralatan yang
berfungsi untuk memanfaatkan uap yaitu: water cooler, turbin dan generator, serta
kondensor.
Peralatan pada lapangan geothermal sangat rawan dengan adanya bahaya
korosif dan gas beracun apabila terjadi kebocoran, oleh karena itu pemilihan
material yang tepat serta penangannya harus benar-benar diperhitungakan.
7.4. Kesimpulan
1. Peralatan pada geothermal didasarkan pada optimalisasi terhadap keadaan
suhu, tekanan dan fasa fluida produksi
2. Peralatan pada lapangan geothermal sangat rawan dengan adanya bahaya
korosif dan gas beracun apabila terjadi kebocoran.
3. Syarat adanya geothermal adalah:
Adanya sumber panas
323
Adanya fluida (uap dan air)
Adanya trap (perangkap)
Serta adanya rekahan
4. Adapun peralatan khusus untuk produksi geothermal yaitu:
Orifice flow meter
Cone atau kerucut
Separator
Silincer
Weir Box
Dan peralatan lainnya, meliputi: water cooler, turbin dan generator,
serta kondensor.
5. Cyclone separator merupakan salah satu jenis separator yang digunakan
pada lapangan geothermal, dimana dalam beroperasinya menggunakan
pinsip gaya sentrifugal.
6. Yang membedakan antara lapangan migas dengan geothermal adalah bila
pada lapangan migas, fracture sangat kurang menguntungkan karena
dapat mengakibatkan loss circulation pada fluida pemboran. Sedangkan
pada lapangan panas bumi, fracture sangatlah potensial mengingat steam
terjebak di sana.
324
7.5. Daftar pustaka
1. ______________, “Buku Pedoman Peragaan Peralatan Produksi”,
Studio Peragaan Peralatan Produksi, Jurusan Teknik Perminyakan
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Yogyakarta 2004.
2 Mc Cain, William D. Jr., “Properties of Petroleum”, Publishing
Company, Tulsa Oklahoma, USA, 1983.
325