Orifice or Restriction Orifice?

by

Abstract: this article discuss differences between orifice and restriction orifice in terms of physical form, functionality and their applications in oil and gas surface facilities.

Abstrak: artikel ini membahas perbedaan antara orifice dan restriction orifice dari sisi bentuk fisik, fungsionalitas dan aplikasinya di fasilitas minyak dan gas

Pendahuluan

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 ditengahnya. Contoh bentuk orifice seperti gambar berikut:

 

Kira-kira apa sajakah perbedaan antara Orifice untuk flowmeter dan Restriction Orifice? Mari kita amati gambar dibawah 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 45o. Sedangkan restriction orifice mempunyai profil lubang yang lurus.

Perbedaan Orifice dan Restriction Orifice

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 masing-masing dari gambar dibawah.

  

 
Apakah anda melihat bedanya? Jika kita perhatikan dengan cermat, besarnya hilang tekan (pressure loss) yang diakibatkan oleh adanya penyempitan area fluida pada orifice tidaklah sebesar seperti halnya pada restriction orifice.

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.

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.

Pembatasan aliran antara sistem 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.

Sketsa sederhana pressure vessel, RO dan flare system

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 brittle/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 energi 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 dibawah.

Sketsa sederhana control valve dan pressure vessel 

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 biaya yang spesial juga.

Referensi :
• 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
• 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
• Instrument Engineers’ Handbook – Process Measurement and Analysis, Bela G. Liptak, Chilton Book Company, Third Edition, 1995
• Control Valve Primer, Hans D. Baumann, ISA, Second Edition, 1994
• Nilam Very Low Pressure Gas Compression Project, VICO Indonesia – East Kalimantan, 2003

 

Tag: , , , ,

6 Tanggapan to “Orifice or Restriction Orifice?”

  1. novakurniawan Says:

    Saya liat di record Search Engine result ada searching ttg Kalibrasi Orifice dan sering ada orang mengatakan di tempat saya bekerja bahwa Orifice harus dikalibrasi dulu sebelum di install. Gimana cara menkalibrasi orifice? Apa itu kalibrasi? Apakah orifice adalah alat pengukuran? Sepertinya perlu dibahas. Simple answer from me adalah bahwa terjadi salah terminologi. Orifice itu tidak bisa dan tidak memerlukan kalibrasi. Orifice hanya memerlukan inspeksi bore diameter, thickness, beberapa mengukur bevel juga.

    (weby) Nova, istilah “kalibrasi orifice” itu tidak mirip dengan kalibrasi instrument berbasis elektronik. Untuk kasus Fiscal Meter dengan menggunakan orifice sebagai primary element-nya, istilah “calibrated conditions” pada orifice itu lebih merujuk dimensi dari orifice plate pada kondisi tertentu. Contoh: setelah suatu orifice plate selesai difabrikasi, dilakukan pengukuran kembali bore diameter dan inside diameter-nya dan temperaturnya diukur (biasanya 68 degF / 20 degC atau bisa juga pada temperatur lainnya), maka ukuran bore diameter dan inside diameter ini adalah “calibrated conditions” dari orifice plate tsb. Ketika orifice plate ini dipasang pada metering skid, “calibrated condition” ini harus dimasukkan ke dalam flow computer

  2. irfan Says:

    mohon diinfokan mengenai pngenalan/pendahuluan tentang orifice

    boleh juga mas, nanti kita buat artikel sederhana mengenai pengukuran laju alir dengan orifice (orifice flowmeter)

  3. Dana Says:

    saya sedang mendesain flow orifice untuk steam. yang ingin saya tanyakan apakah bevel aman untuk aliran flow yang terbalik? kondisi plant untuk kejadian yang tidak umum flow aliran akan terbalik, kejadian 1 tahun sekali saat terjadi shutdown.
    Terimakasih untuk bantuannya.

  4. erwin Says:

    saya mencoba calculasi RO dan salah satu parameter yang buat saya bingung adalah ‘maximum flow differential pressure’. Jika kita ingin menghitung size RO, darimanakah kita akan mendapatkan angka untuk ‘maximum flow differential pressure’? apakah kita coba2 dengan simulasi?
    terima kasih atas bantuannya

    mas Erwin, perlu dibedakan antara RO dan Orifice. Keduanya tidak sama. Mungkin yang anda maksudkan adalah “kalkulasi orifice” dan yang membuat bingung adalah “maximum flow differential pressure”. Maximum flow differential pressure adalah differential pressure (dalam inch H2O atau miliBar atau satuan lainnya) yang berasosiasi dengan maximum flow yang diharapkan (dalam MMSCFD atau m3/hr atau satuan lainnya). Contoh: anda menginginkan flowrate 10 MMSCFD dan differential pressure dari DP transmitter anda memberikan bacaan 100 inch H2O. Maka ini akan memberikan perbedaan orifice bore yang berbeda dibandingkan anda menginginkan 100 MMSCFD dengan bacaan DP transmitter adalah 100 inch H2O. Jadi kurang lebih maksud pertanyaan “maximum flow differential pressure” adalah “berapa MAXIMUM RANGE dari DP Transmitter anda ketika flowrate mencapai maksimum”. Berhubung pertanyaannya banyak mengenai Orifice, saya akan coba buat artikel mengenai sizing orifice yang cukup komprehensif.

  5. irfa Says:

    Mas Weby,
    Berdasarkan skripsi/rubrik yang Anda buat, dijelaskan RO didesain untuk sonic flow untuk menjamin adanya choked flow. Katakanlah suatu hari saya ingin mensizing RO untuk gas flow. Saya menentukan besar flow X lb/hr, P1 (upstream) 370 psig, dan P2 174 psig. Lalu saya mendapatkan nilai beta ratio 0.263. Kebetulan, pada P2 sebesar 174 psig itulah besar Psonic (atau Pchoked) dihasilkan, karena pada P2 175 psig, flow masih subsonic. Lalu kemudian saya bereksperimen dengan menurunkan P2 menjadi 100 psig. Yang saya dapatkan, ukuran RO tsb (beta ratio)-nya tetap, yakni 0.263. Begitu pula jika saya terus menurunkan P2 hingga 50, 20, atau 10 psig. Yang ingin saya tanyakan, apakah berarti saya tidak bisa menurunkan pressure dengan RO hingga di bawah 174 psig (katakanlah stabil di 50 psig seperti yang saya inginkan), atau tekanan di downstream akan terus turun hingga entah berapa akibat fenomena seperti yang mas Weby jelaskan?
    Trims.

  6. hendra, Says:

    saya akan akan merancang sebuah flowmeter gas dengan parameter udara, yang ingin saya tanyakan:
    1. bagaimana penempatan orifice taps yang benar?,
    2. panjang pipa maksimum& minimumnya brp?,
    yang saya inginkan tekanan pada kedua sisi orifice yang keluar dari taps dapat terbaca oleh device misalnya sensor, karena saya telah mencoba tapi tidak ada tekanan udara yang keluar dari taps karena udara sudah keluar semua di bagian output pipa…
    3. brp ukuran blower udara yang baik untuk pipa diameter 1-2 cm dengan lubang orifce 0,5-0,6 -nya..
    terima kasih atas sarannya..

Berikan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s


Ikuti

Get every new post delivered to your Inbox.

%d blogger menyukai ini: