The Length of Instrument Impulse Line

Saya sering mendapat pertanyaan (dalam rangka diskusi tentunya) dari beberapa kawan tentang berapa panjang yang diperbolehkan untuk tubing impulse line (process tubing) suatu transmitter. Sejauh ini saya tidak menemukan (mungkin saya belum tau) referensi yang bisa dijadikan sebagai patokan tentang panjang tubing yang diperbolehkan pada process tubing impulse line. Referensi-referensi API RP-551 banyak membahas orientasi tapping, elevasi terhadap process dengan pertimbangan fasa liquid, gas, steam di bawah atau di atas tapping process, dan orientasi pada sudut berapa koneksi instrument akan dibuat pada pipa adalah bahasan API RP-551. Tetapi berapa panjang tubingnya tidak disyaratkan oleh API RP-551, referensi tersebut hanya menyebut “minimize” atau “AS SHORT AS POSSIBLE” dan “AS CLOSE AS POSSIBLE” tanpa menyebut angka.

Pendekatan yang umum digunakan adalah “AS CLOSE AS POSSIBLE to process tapping point” sedekat mungkin dengan tapping point dengan acuan pendekatan sebisa mungkin maksimal 6 meter. Pertimbangan keluarnya angka 6 meter menurut pendapat saya bukan pertimbangan sifat mekanika fluida, tetapi lebih kepada pertimbangan praktis bahwa tubing diproduksi satu batang sepanjang 6 meteran. Tanpa adanya sambungan union (yang borpotensi leaking) tubing process bisa dibuat maksimal 6 meter. Meskipun tubing bundle bisa diproduksi ratusan meter tanpa sambungan, tetapi panjang tubing batangan 6 meteran yang paling umum ada di market. As close as possible dengan angka 6 meter sebagai acuan lebih kepada pertimbangan mengurangi potensi leaks pada impulse line. Bagaimana dengan performa pengukuran transmitter itu sendiri terhadap panjang impulse line-nya?

Prinsip utama terkait pengukuran instrumentasi adalah bahwa pengukuran proses terbaik adalah pada titik ukurnya, titik yang hendak diketahui besaran fisikanya seperti suhu, tekanan, tinggi permukaan cairan, laju aliran, dan getaran atau besaran kimianya misalnya konsentrasi. Seperti Pressure Gauges umumnya selalu dipasang pada titik ukurnya yang hendak diketahui tekanannya (direct mounted). Kenapa Pressure Transmitter tidak selalu direct mounted diletakkan pada titik ukurnya pada pipa? Alasan-alasan yang berhasil saya himpun sebagai alasan adalah:

1. Perlunya meletakkan pressure transmitter pada lokasi yang mudah diakses untuk operator dan maintenance.
2. Harsh Fluid maksudnya adalah fluida yang tidak bersahabat (korosif, toxic, sour, panas)
3. Pressure Transmitter pada awalnya berat sehingga perlu support tidak memungkinkan untuk direct mounted.
4. Manufacture kemudian menjadi terbiasa bahwa Pressure Transmitter selalu pakai mounting bracket sehingga produk itulah yang disediakan untuk market.

Secara teori apakah Pressure Transmitter bisa direct mounted? Bisa. Faktor fluid yang menyebabkan pengukuran harus jauh bisa diatasi dengan mengeliminir harsh fluid dengan teknologi material, teknologi seal yang memisahkan harsh fluid dengan transmitter compact pada manifold transmitternya. Apakah manufacture tidak bisa membuat Pressure Transmitter yang ringan? Apa ndak malu lihat perkembangan berat hard disk dr 1960 ke 2020, malu dong. Sehingga bukan hal yang sulit manufacture menghasilkan produk yang lebih ringan. Satu-satunya alasan yang masih bisa bertahan adalah yang nomer 1 sehingga Pressure Transmitter selalu di Hook-Up dengan impulse line berjarak sekian meter dari tapping point untuk kemudahan akses.

Bagaimana dengan Differential Pressure Transmitter dan Flow Transmitter-DP Type apakah wajib pakai ekstensi tubing impulse line? Selain kondisi alasan item 1 – 4 di atas terdapat alasan ke praktisan karena harus menggunakan 2 tapping Hi-Lo sehingga akan kesulitan jika direct mounting di pipa. Lebih praktis mengunakan ekstensi tubing impulse line yang bisa di adjust dengan bending menuju titik tapping dan lokasi transmitter. DP Type Transmitter tidak praktis untuk direct mounted pada titik ukurnya.

Karena alasan-alasan di atas maka sudah jadi “adat” bahwa Transmitter ada yang memerlukan extensi tubing impulse line. Pertanyaan baru timbul kenapa API-RP 551 hanya menggunakan kata “Minimize“, “As Short As Possible” dan “As Close As Possible” jarak antara tapping point terhadap transmitter? Bahkan dibatasi angka pun tidak. Alam bawah sadar teknikal akan membisikkan bahwa makan jauh ekstensi impulse tubing antara tapping point dan instrument maka pengukuran makin tidak akurat. Iya kah?

Brainstorming saja, Kita harus memasang Pressure Transmitter untuk mengukur tekanan pipa 24 Inch di atas Rack yang tingginya 21 meter, fluidnya dalam pipa adalah water yang normal operasinya berubah-ubah 1 Bar – 5 Bar. Kita pasang pressure transmitter di ground-tanah dengan stanchion setinggi 1 meter di tanah. Sehingga jarak antara tapping point dan transmitter adalah 20 meter.

Pemilihan pemasangan pressure transmitter di tanah sudah tepat secara proses, karena pada liquid (water) instrument harus lebih rendah dari pipa. Tapi orientasi titik di pipa harus diperhatikan karena orang piping tidak paham pada arah jam berapa (dr lingkaran piping) tapping point instrument harus di las pada pipanya. Orang instrument harus mengarahkan untuk servise liquid (water) lubang koneksinya adalah pada arah jam 04.00 atau jam 08.00. (Orang Piping bisa membantah jika Isometric-nya tidak pada jam 04.00 atau 08.00, padahal yang bikin Isometric adalah orang piping, bukan orang instrument. Kan sudah direview? Emang ada orang instrument mau review Piping Isometric? Kalau ada dikasih hadiah secangkir kopi…..salut). Tubing impulse line dipasang pada titik tersebut sehingga jarak tubing ke transmitter di tanah adalah 20 meter.

Ketika water lewat dalam pipa mula-mula baru sedikit di dasar pipa maka water akan masuk ke dalam tubing impulse lain turun ke transmitter di tanah sampai penuh memberikan tekanan static 20 meter Water = 2 Bar (patokannya 10 meter air = 1 Bar. Kalau mau cara Fisika dihitung saja dengan Rho x g x h). Jadi ketika pipa belum terisi pun Pressure Transmitter sudah menderita tekanan 2 Bar (static karena ketinggian). Ketika pipa penuh berisi tekanan 1 Bar maka transmitter menderita tekanan 3 Bar. Ketika pipa dinaikkan tekanan menjadi 5 Bar maka Pressure Transmitter menderita tekanan 7 Bar. Pt=Po + Pp (Tekanan Total = Tekanan Static Awal + Tekanan Pipa). Karena tekanan hydro static selalau sama sebesar 2 Bar maka Tekanan Total akan bervariasi dari 3 Bar – 7 Bar. Apakah ada pressure drop dari transmisi tekanan ini? Tidak ada kan? Ada tapi kecil kali ya, karena static waternya didalam tubing 20 meter selalu diam bertekanan 2 Bar. Benar diam kan. Yang berubah-ubah adalah water dalam pipa 24 Inch. Jadi effectnya apa? hmmm ndak ada dalam logika ini terkait akurasi. Untuk menghilangkan tekanan static 2 Bar bisa dilakukan Field Calibration dengan Zeroing Value static 2 Bar. Sehingga yang terbaca hanya tekanan pipa.

Bagaimana dengan faktor waktu (mili second)? panjang tubing 20 meter meruapakan delay dead time buat transmitter? Iya kah? Bisa jadi iya karena energi dari Pipa 24″ berjalan cepat turun melalui tubing sepanjang 20 meter. Energi merambat memerlukan waktu meskipun mili second. Ketika milli second bukan merupakan dead time yang signifikan untuk pengukuran maka delay milli second tersebut bisa diabaikan untuk proses ini. Alias milli second ndak ngaruh.

Jadi pada prinsipnya untuk kepentingan monitoring panjang impulse line tidak ada “pengharaman” terlalu panjang melebihi sekian meter. Oleh karenanya standar hanya mensyaratkan “As Close As Possible“.

Tetapi saya memiliki contoh kasus ketika suatu proses yang berubah secara dinamik. Misalnya Flow yang berubah-ubah terus nilainya katakanlah dalam range 100-500 scfm. Padahal flow ini diinginkan nilainya 300 scfm maka dipasanglah Control Valve yang akan kontinyus meregulate flow dengan cara menutup menahan, agak menutup, agak membuka, membuka full secara throatling terus menerus sesuai dengan kondisi flowrate. Ketika perubahan flow-nya cepat dan control valve harus merespond dengan cepat pula maka nilai yang dikirim Flow Transmitter jangan sampai delay terlalu lama. Ketika nilai proses variable yang dikirim Flow Transmitter terdapat delay terlalu lama maka nilai perintah MV dari DCS ke bukaan Control Valve jadi sudah tidak relevan lagi terhadap kondisi aktual flow saat itu. Perhitungan matematika tentu sulit dengan konsep sistem dinamis berubah flow terhadap waktu dF/dt dst, orde 1 dll. Sebagai praktisi lebih enak dengan percobaan empiris ketika mendapati proses dinamik yang variable-nya berubah dengan cepat dan harus dikontrol maka delay time pembacaan sensor dan proses transmisi signal harus dikurangi. Caranya salah satunya adalah dengan memperpendek tubing impulse line flow transmitter “As Short As Possible“.

Batam, 26 Feb 2023

Nova Kurniawan