Where is the pressure going to balance?

I have a simple question when I have gas 2000 Psig in a 1 M3 cylinder and I am going to transfer this gas to a 0 Psig vessel Volume 100 M3 with free flowing.

  1. Can you transfer all pressure in Cylinder 2000 Psi 1 M3 to the vessel? And it will make the Cylinder totally empty 0 Psig?
  2. Do you think a Boyle Law can be applied in this case? P1V1 = P2V2?
  3. What is the balance pressure going to be reached?

Pertanyaan pertama apakah seluruh isi silinedr 2000 Psi Volume 1M3 bisa diisikan ke dalam Vessel 100 M3 sampai habis dengan free flow? Jawabannya TIDAK, Kenapa?. Karena udara atau gas mengalir dari silinder ke vessel dengan adanya perbedaan tekanan. Artinya tekanan di dalam silinder akan turun dan tekanan di dalam vessel akan naik dan mencapai titik tekanan kesetimbangan keduanya. Ketika tekanan kesetimbangan tercapai maka udara sudah tidak bisa mengalir. Dalam posisi kesetimbangan masih tertinggal tekanan udara di dalam silinder. Jadi tekanan udara di dalam silinder tidak akan pernah jadi 0 Psig pasti masih ada sisa. Berapa tekanan sisanya? Bagaimana cara tau-nya berapa tekanan kesetimbangan? Masuk ke pertanyaan ke-2.

Untuk mencari tekanan kesetimbangan dari kombinasi Pressure dan Volume, maka banyak orang akan advise dan mengarahkan ke hukum boyle. Note: Hukum boyle itu sangat mudah diaplikasikan dan dibayangkan pada balon atau plembungan yang bisa mengalami perubahan tekanan dan perubahan volume (karet kan lemes) dan perubahan temperature pada masa udara yang tetap. Nah, silinder dan vessel itu umumnya terbuat dari besi artinya volume tetap, tidak seperti balon. Cuman ada transfer udara dari volume kecil ke volume besar. Ok kita asumsikan kondisi pertama adalah Silinder dengan volume kecial dan kondisi ke dua adalah Vessel dengan volume besar, apakah hukum boyle bisa diaplikasikan? Kalau seluruh masa udara dari silinder bisa dipindah semuanya ke vessel maka P1V1 = P2V2 bisa dipakai sebagai pendekatan. Tetapi pada pembahasan pertanyaan pertama dijelaskan bahwa tidak semua masa udara dan tekanan dalam silinder P1V1 bisa ditransfer ke vessel P2V2. Sekali lagi tidak semua, tetapi akan menyisakan masa udara dan tekanan pada kesetimbangan. Sehingga perlu sedikit ada modifikasi dari persamaan boyle tersebut. Modifikasinya adalah menggunakan konsep hukum kekekalan energi yaitu silinder melepaskan energi dan sebaliknya vessel menerima energi pada temperatur tetap. Pelepasan energi oleh silinder linear dengan differensial pressure, sebaliknya penerimaan energ oleh vessel linear dengan differensial pressure pada temperature tetap. Kalau Tekanan kesetimbangan disebut Ps maka dengan mengesampingkan faktor thermodinamika yang saya tidak tau (isothermic, adiabatic, isokhoric, de el el) formula ini merepresentasikan hukum kekekalan energi melalui transfer pressure dari silinder P1V1 ke Vessel P2V2 (volume hose diabaikan):

(P1 – Ps) x V1 = (Ps -P2) x V2

Pertanyaan ketiga yaitu pada tekanan berapa kedua sistem yaitu silinder dan vessel akan mencapai kesetimbangan. Dengan formula di atas yang merupakan pendekatan dengan mengesampingkan faktor termodinamika lain yang mungkin, juga mengesampingkan volume hose maka tekanan kesetimbangan pada kasus di atas bisa dihitung kira-kira. P1=2000 Psi, Ps dicari, V1=Volume silinder, P2=Volume initial empty, V2 = Volume vessel

(2000 – Ps) x 1 = (Ps – 0) x 100

2000 – Ps = 100 Ps – 0

Ps = 2000/101

Ps = 19.8 Psig

Nah, nilai 19.8 Psig bisa dianggap sebagai nilai kira-kira yang secara empiris formula ini sering saya pakai.

Pertanyaan tambahan kemudian adalah perlu berapa banyak silinder 2000 Psi, 1M3 untuk mengisi vessel dengan volume 100M3 sampai pada tekanan 200 Psi. Dengan formula di atas silinder by slinder satu-satu akan mengisi vessel sampai tekanan kesetimbangan Ps mencapai 200 Psi. Akan terhitung perlu berapa banyak silinder.

Atau dengan metode silinder paraller 2000 Psi, 1M3. Kalau silinder-silinder diparallel yang nambah banyak apanya? Volumenya ya… bukan pressurenya. Sehingga dari formula di atas bisa dikira-kira sebagai berikut dengan metode parallel:

(2000 – 200) x V1 = (200 – 0) x 100

1800 V1  = 20000

V1 = 11.11 M3   (jadi perlu disiapin 12 silinder)

Sekali lagi ini hanya utak utik saya terhadap kondisi lingkunagn sekitar.

Batam, 12 May 2017

Nova Kurniawan

 

 

Advertisements

PRV Seat Test & Pop Test

I have 2 issues recently need to be summarize about PRV testing:

  1. Somebody asking certification of the facility going to be used to do seat test & pop test of PRV. I know many years ago that government body (Ditjen Migas in Indonesia or Migas assigned body) shall certify the PRV. But they did not certify the facility. I know that the vessel shall meet ASME VIII and certified by third party and the pressure gauges are going to be used must be calibrated with traceability to reference to third party laboratory. Because the key of PRV test is pressure measurement during seat leakage and pop pressure. It was ensured by calibrated pressure gauges. But according to him calibration cert is not enough, they requested facility certificate.
  2. Related to item#1 but its more detail the guy require the facility to do PRV Pop Test shall produce flowrate according to flowrate on data sheet. PRV seat test and pop test is about pressure. I have nothing to do with the flow. But he request min flow service shall available.

Untuk masalah yang pertama menjadi masalah karena tidak pernah ada sebelumnya orang meminta certificate untuk facility. Orang meminta certificate adalah certificate kalibrasi alat ukur untuk memastikan seat pressure dan pop up pressure accurate dan dari sisi safety meminta certificate bejana tekan / vessel untuk memastikan keamanan biar tidak terjadi kecelakaan. Certificate facility sama sekali diluar pemahaman saya, apalagi dikasih istilah-istilah tambahan tentang environment, cleanness, proper accessability, de el el.. it is totally non technical explainable. Kalau pembaca ada yang tau dimana referensi standar untuk mengevaluasi fasilitas PRV? Agar tidak terjadi perang Baratayudha dan pekerjaan berhenti alias tidak ada progress maka saya propose panggil third party in which I don’t know he has expertise in the PRV or not. Kita kasih tunjuk certificate pressure gauge, certificate vessel, dan tunjukkan teknisi melakukan seat test dan pop test PRV according to project specification. Kemudian dari hasil pengamatan itu maka third party membuat certificate endorsement bahwa aktivitas sudah dilakukan sesuai dan dengan alat yang sesuai dengan projek specification. Case closed.

Tetapi kembali beranalogi ketika saya memesan baju ke penjahit (sbg contractor baju) maka saya sendiri yang akan memastikan bahwa baju saya betul sesuai spek yang saya minta. Saya tidak akan meminta ke orang lain yang namanya third party untuk memastikan baju saya dikerjakan dengan betul atau tidak sesuai spek saya. Karena saya yang mengerti baju saya.

Untuk kasus yang kedua timbul jauh setelah issue cerificate facility. Perhatian kita selama ini tentang PRV adalah Pressure (namanya Pressure Relief Valve) bukan Flowrate. Tetapi mas-mas ini meminta flowrate harus digenerate sesuai data sheet. Wooww berat bro yang namanya menghasilkan flowrate sesuai data sheet. Flowrate di data sheet adalah flowrate gas service actual yang dihasilkan dari sumur. Untuk menghasilkan flowrate sebesar service operation diperlukan kompressor lebih dari 1000 cfm. Untuk apa flowrate perlu diperhatikan? Dari berbagai penjelasan yang diberikan adalah ketika kita cuman memproduce pressure pada Pop Test Pressurenya maka hentakan disk PRV setelah poping jika berkali-kali akan menyebabkan disk-nya aus dan cepat rusak. Hmm benarkah? Jika flowrate besar maka ketika popping terjadi maka flowrate di uspstream PRV akan menahan hentakan closing disk PRV. Well ilmu baru. Benarkah begitu?

Selama ini yang namanya test PRV adalah Seat Test dulu dengan inject pressure dibawah set pressure poppingnya sesuai API-527 (90% dari set pressure atau 5 Psi dibawah Set Pressure) dia akan tidak bocor atau bocor sedikit sesuai kriteria pada tabel API-527. Setelah seat tightness test OK kemudian naikkan pressure sampai pada popping set-pressurenya kemudian kan terjadi keluaran udara dari downstreamnya.

Batam, 06-May-2017

Nova Kurniawan

Pressure Test Vs Leak Test

In Oil and Gas project ,Do you think both terminology is the same understanding or different? Why I do need to write this in my blog because I have been 13 years in the project and thought it was simple, it was never been a problem, but recently it became a problem. The problem starts from the specification of instrumentation that mentioned all instrument ┬átubing line need to be pressure tested / leak tested. The design guy who made or “copy paste” the spec from previous project was easily ignore that the marking “/” will create a problem during execution. Instrument people or society does not have standard for tubing. Tubing standard shall refer to ASME, it follows piping understanding. Instrument professional apparently does not have big concern about tubing or even have time to discuss about what is the different between pressure test or leak test for tubing.

Piping people define pressure test is a destruction test by means of water (hydro) at 1.5 design pressure or by mean of air (pneumatic) 1.1 design pressure. Why piping need to be pressure tested? Ketika pipa sudah selesai di buat di pabrik maka pabrik akan melakukan test untuk membuktikan bahwa material pipe mampu menahan tekanan di atas design pressurenya. Ketika pipa di fabrikasi (di potong, diweld/dilas, menjadi kombinasi baru) maka pressure test diperlukan untuk menguji bahwa sambungan sambungan baru yang dibuat pada saat fabrikasi mampu menahan tekanan diatas design pressurenya. Jadi fokus utama pressure test di pabrik adalah uji material dan fokus utama pressure test di fabrikasi adalah uji sambungan las-lasan. Las-lasan harus lebih kuat atau minimal sama kuat dengan material parentnya yang mau disambung. Hasil dari pressure test adalah bisa bagus seluruh, bisa pecah dari las-lasan, atau ada porosity di las-lasan sehingga ada bocor. Kesimpulannya dalam fasa fabrikasi dan konstruksi ketika pipa tidak ditemukan sambungan las-lasan maka tidak diperlukan pressure test. Pressure Test = Uji kekuatan las-lasan.

Sedangkan Leak Test lain Cerita. Orang piping memahami leak test sebagai menguji kebocoran pada sambungan yang berupa flange joint dan thread joints. Leak test tidak menguji kekuatan lagi tapi menguji “keketatan sambungan” yang dibuat dengan kunci baut dan ulir. Media yang digunakan harus berupa air/ nitrogen / helium. Tekanan yang digunakan dibawah design pressure. Beberapa proyek mensyaratkan pada nilai maximum operating pressurenya atau tepat dibawah setting PRV atau generally 90% design pressure. Bocornya dicari disambungan-sambungan flange dengan bubble atau helium detector. Jadi Leak Test = Nyari kebocoran sambungan flange atau ulir.

Kembali ke kasus instrument tubing ketika ada tubing dari taping point connection ke instrument connection perlu ditest apa?

Uji kekuatan material adalah urusan pabrik. Proyek konstruksi hanya menguji sambungan yang dibuat dalam fasa konstruksi.

Pressure Test? Kalau ada sambungan tubing yang dilakukan dengan pengelasan maka diperlukan pressure test. Kalau tidak ada pengelasan maka jangan dilakukan pressure test.

Leak Test? Apakah ada sambungan yang melibatkan ulir seperti union? kalau ada union maka diperlukan leak test. Leak test mengikuti cara piping pada maximum operating pressurenya atau 90% design pressure proses. Jadi kalau ada sambungan yang dibuat pake kunci / spanner / kunci inggris maka lakukan leak test.

Batam 5-May-2017

Nova Kurniawan