perbedaan antara Orifice Flowmeter dan Restriction Orifice,

Tulisan ini membahas perbedaan antara Orifice Flowmeter dan Restriction Orifice, serta aplikasi Restriction Orifice pada suatu pabrik.

1. Orifice dan Restriction Orifice

Apakah anda ingin melakukan pengukuran aliran suatu fluida atau apakah anda ingin mereduksi tekanan suatu fluida secara drastis dan permanen? Kedua hal tersebut dapat dilakukan oleh benda yang namanya sama-sama mengandung kata ‘orifice’, yang pertama adalah Orifice dan yang kedua adalah Restriction Orifice.

Secara umum, orifice mempunyai bentuk sebagai suatu plat yang mempunyai lubang lingkaran di tengahnya. Contoh bentuk orifice dapat dilihat pada Gambar 1.

2. Perbedaan Orifice dan Restriction Orifice

Kira-kira apa sajakah perbedaan antara Orifice untuk flowmeter dan Restriction Orifice? Mari kita amati Gambar 2 yang merupakan contoh gambar dari Orifice untuk flowmeter dan Restriction Orifice.

Bentuk dari orifice flowmeter dan restriction orifice diatas adalah bentuk yang sering dijumpai dan secara umum perbedaannya terdapat pada profil lubang dari kedua orifice tersebut. Orifice untuk flowmeter umumnya  mempunyai profil lubang yang awalnya lurus, tetapi kemudian bertakik (bevel) dengan kemiringan sekitar 45^o. Sedangkan restriction orifice mempunyai profil lubang yang lurus.

Apakah dari bentuk lubang tersebut akan membuat perbedaan diantara keduanya? Ya, umumnya begitu.Untuk mengetahui bedanya mari kita lihat profil tekanan suatu fluida yang melewati Orifice dan Restriction Orifice pada kondisi desain mereka masingmasing dari Gambar 3.

Apakah anda melihat bedanya? Besarnya hilang tekan (pressure loss) yang diakibatkan oleh adanya penyempitan area fluida pada orifice tidaklah sebesar seperti halnya pada restriction orifice. ketebalan plat -,maka besarnya hilang tekan permanen ini cukup besar sehingga perbedaan antara tekanan upstream dan tekanan downstream cukup mencolok. Dalam kasus ini, aliran fluida dalam keadaan dicekik (choked flow).

Dalam masalah desain, orifice untuk flowmeter selalu didesain untuk flow dalam subsonic velocity dalam rangka menjamin keakurasian pengukuran aliran, sedangkan restriction orifice selalu didesain untuk flow dalam sonic velocity untuk menjamin adanya choked flow.

Sejatinya fungsi utama RO adalah membatasi aliran (limiting flow). Fungsi pembatasan tekanan (limiting pressure) dari RO pada hakekatnya merupakan konsekuensi dari relasi antara pressure drop dan flowrate. Fenomena choked flow sendiri adalah terjadinya mass flowrate yang konstan meskipun downstream pressure-nya menurun akibat sonic velocity. Dalam aplikasi riilnya di plant, fungsi pembatasan aliran dan pembatasan tekanan sama-sama dapat diterapkan dengan menggunakan RO.

Pada orifice flowmeter, karena bentuk lubangnya yang mempunyai takik – yang berarti mengurangi jarak tempuh dari flow tersebut mengalami perbedaan penampang melintang – , maka profil tekanan yang terjadi setelah melewati orifice akan menurun, tetapi kemudian mencoba kembali ke tekanan semula dan terdapat sedikit hilang tekan permanen (permanent pressure loss) sehingga perbedaan antara tekanan upstream dan tekanan downstream tidak terlalu besar.Sedangkan pada Restriction Orifice, karena bentuk lubangnya yang lurus dan cukup panjang – tergantung  ketebalan plat -, maka besarnya hilang tekan permanen ini cukup besar sehingga perbedaan antara tekanan upstream dan tekanan downstream cukup mencolok.

Dalam kasus ini, aliran fluida dalam keadaan dicekik (choked flow). Dalam masalah desain, orifice untuk flowmeter selalu didesain untuk flow dalam subsonic velocity dalam rangka menjamin keakurasian pengukuran aliran, sedangkan restriction orifice selalu didesain untuk flow dalam sonic velocity untuk menjamin adanya choked flow.

3. Aplikasi Restriction Orifice di Pabrik

3.1 Pembatasan aliran antara system pressure vessel dengan flare system

Terdapat suatu pressure vessel baru yang hendak diinstalasi dan existing flare system yang mempunyai kapasitas tertentu. Kapasitas dari flare system yang existing sebetulnya telah didesain dengan tidak memperhitungkan kehadiran pressure vessel baru tersebut, sedangkan untuk membuat tambahan flare system yang baru untuk memperbesar kapasitas flare system yang ada tidaklah ekonomis. Disatu sisi, kapasitas dari flare ini tentunya tidak boleh terlewati dan salah satu solusinya adalah memasang RO yang mempunyai fungsi sebagai pembatas aliran.

Pemasangan RO di downstream BDV pada umumnya dilakukan atas nasehat studi overpressure protection serta blowdown study, agar kapasitas flare-nya tidak terlewati.

3.2 Pembagian beda tekan pada control valve

Terdapat recycle line dari suatu sistem yang bertekanan tinggi (discharge dari reciprocating compressor) dan masuk ke dalam sistem bertekanan rendah (vessel separator). Diinginkan untuk meregulasi tekanan dari fluida yang hendak di recycle dengan menggunakan control valve yang bukan special design. Control valve pada hakekatnya mempunyai fungsi melakukan regulasi suatu aliran fluida dengan membuat perbedaan tekanan antara upstream dan downstream. Dengan begitu terdapat fakta bahwa akan terjadi pressure drop yang cukup tinggi pada control valve tersebut.

Dengan begitu tingginya perbedaan pressure antara upstream dan downstream, control valve punya beban cukup besar untuk mereduksi tekanan fluida tersebut. Sedikit menyimpang dari topik utama, ada beberapa pertimbangan ketika mendesain control valve yang mempunyai hilang tekan yang tinggi:

1. Pada pressure drop yang tinggi berarti dapat terjadi erosi, abrasi atau cavitation pada trim dari control valve.
2. Pada pressure drop yang tinggi hydrate/liquid droplets/material solid memungkinkan untuk terbentuk didalam valve (tergantung dari fluida dan material lain yg terikut).
3. Pressure drop yang tinggi akan menyebabkan terjadinya outlet temperature dari control valve sangat rendah (penurunan pressure biasanya diikuti oleh penurunan temperature = Joule- Thomson effect), sehingga pada beberapa material valve dapat menjadi rittle/getas yang bisa mengakibatkan pecahnya valve
4. Kecepatan tinggi akibat pressure drop yang tinggi dapat mengerosi downstream piping.
5. Pressure drop yang tinggi berarti jumlah energy yang didisipasikan dalam turbulensi adalah cukup besar dan menyebabkan noise (bising).Alternatif aplikasi control valve untuk hilang tekan yang tinggi adalah menggunakan special desain dari control valve atau pembagian beda tekan antara control valve dengan device lain, yaitu Restriction Orifice.

Untuk mengurangi beban tersebut dapat dipasang Restriction Orifice setelah control valve tersebut.Pemasangan restriction orifice seperti pada gambar di bawah.

Untuk aplikasi RO di downstream control valve, pada dasarnya digunakan prinsip/korelasi bahwa untuk flow rate tertentu dan Bore size tertentu terdapat perbedaan tekan (differential pressure) tertentu. Secara umum, Differential Pressure yang dibutuhkan oleh control valve tersebut di bagi antara control valve dan Restriction Orifice. Dengan pembagian Differential

Pressure (share DP) diharapkan efek vibrasi yang akan terjadi pada pipa tidak begitu besar akibat perubahan differential pressure yang terlalu besar di satu device.

Perlu diperhatikan dengan cermat bahwa sebenarnya control valve adalah alat utama yang menanggung beda tekan, sehingga porsi pembagian differential pressure yang terbesar adalah di control valve bukan di RO.

Aplikasi pembagian DP seperti dijelaskan diatas dapat menggunakan special design control valve yang mampu bekerja dalam high differential pressure, tentunya dengan mempertimbangkan bahwa aliran yang diatur disana adalah line yang kritikal karena dengan special design dari control valve tentunya akan mempunyai harga yang spesial juga.

4. Pustaka

1. API MPMS 14 Section 3 Part 1, Natural Gas Fluids Measurement – Concentric, Square edged Orifice Meters – General Equations and Uncertainty Guidelines, American Petroleum Institute, Third Edition, Reaffirmed 2003
2. API MPMS 14 Section 3 Part 2, Natural Gas Fluids Measurement – Concentric, Square Edged Orifice Meters – Specification and Installation Requirements, American Petroleum Institute, Fourth Edition, 2000
3. Instrument Engineers’ Handbook – Process Measurement and Analysis, Bela G. Liptak, Chilton Book Company, Third Edition, 1995
4. Control Valve Primer, Hans D. Baumann, ISA, Second Edition, 1994
5. Nilam Very Low Pressure Gas Compression Project, VICO Indonesia – East Kalimantan, 2003

*) Penulis bekerja sebagai Pipeline Control Center di ConocoPhillips Indonesia. Artikel dari Migas Indonesia.