Pengukuran laju aliran gas alam menggunakan orifice meter
1. PENGUKURAN LAJU ALIRAN GAS ALAM MENGGUNAKAN ORIFICE METER
DENGAN AGA-3 DAN AGA-8
1. Definisi Orifice Meter
Orifice Plate dapat di definisikan sebagai logam berbentuk lempengan tipis dengan
lubang sirkular yang konsentrik dengan internal diameter dari meter tube ketika terpasang.
Orifice meter adalah alat ukur yang menggunakan orifice plate sebagai komponen utama
dalam pengukuran natural gas (Gambar 3.1). Dalam penggunaan orifice meter yang difungsikan
sebagai pengukuran maka sangatlah penting terlebih dahulu mengkalibrasi secara empiris.
Lempengan orifice sebagai standart pengukuran dan kalibrasi yang ekstentif telah dilakukan
sehingga telah diterima secara luas sebagai standart pengukuran fluida. Sebuah orifice dalam
pipa ditunjukkan dengan manometer untuk mengukur penurunan dari tekanan d ifferensial dari
fluida yang dihasilkan oleh orifice.
Gambar 1. Orifice Meter
Prinsip Kerja Orifice Meter
Prinsip kerja dari orifice meter pada dasarnya tergantung pada perbedaan tekanan yang
dihasilkan oleh orifice plate. Pada mulanya aliran gas alam yang melewati pipa kemudian
melewati straightening vanes, yang fungsinya adalah agar putaran dari aliran gas tersebut lebih
beraturan yang kemudian aliran gas tersebut membentur orifice sehingga terjadi perbedaan
2. tekanan antara aliran sebelum melewati orifice yang kita sebut dengan upstream dan setelah
melewati orifice yang kita sebut dengan downstream (Gambar 3.2)
(a)
(b)
Gambar 1.1 (a), System Orifice Meter (b) Skematik
Pada proses pengukuran dibuat sebuah lubang yang disebut pressure taps dengan ukuran
dan penempatan terukur pada holding device di mana tekanan gas dari kedua sisi antara sebelum
dan sesudah melewati orifice disensor. Melalui pressure taps inilah perbedaan tekanan antara
tekanan pada upstream (high pressure) dan downstream (low pressure) disensor oleh sebuah
differential pressure transmitter (DPT). Dari DPT tersebut terjadi perubahan parameter teka nan
menjadi parameter arus (mA), dimana DPT tersebut hanya dapat mentransmisikan sinyal hanya
dalam range (mA) tertentu sesuai dengan spesifikasi dari DPT itu sendiri. Selain itu pada meter
tube tepatnya pada sisi downstream dipasang temperature transmitter (TT) untuk mengetahui
besar temperature aliran gas yang lewat pada meter tube tersebut. Hasil data dari ketiga
3. transmitter tersebut kemudian masuk ke flow computer dimana pada pembahasan ini
menggunakan scanner 2000. Yang kemudian diubah ke dalam parameter volume flow rate (Q)
dengan menggunakan persamaan yang sudah terprogram didalamnya. Orifice meter akan yang
dibahas adalah FE-1006A1, FE-1006A2, FE-1006A3 (Gambar 3.3)
Gambar 1.2. Orifice Meter pada FE-1006A1
Dan untuk skematik pemasangan dan spesifikasi komponen-komponennya terlampir pada
lampiran I
2. Komponen Orifice Meter dan Fungsinya
Sistem orifice meter terdiri atas tiga komponen utama, yaitu primary component,
secondary component dan tertiery component.
2.1. Primary Component
Merupakan komponen-komponen yang berhubungan langsung dengan aliran gas.
Dimana komponen-komponen tersebut berfungsi mengkondisikan aliran sehingga bisa di ukur
oleh secondary component.
a. Meter Tube
Suatu pipa/tube lurus dengan dimensi tertentu yang meliputi bagian upstream dan
downstream. Bahan serta ukuran dari meter tube harus sesuai dengan standart AGA-3, yaitu
dengan beta ratio (β) maksimum yang diijinkan adalah 0,7, tetapi untuk mengantisipasi agar
tidak mendekati batas maksimum beban kerja maka beta ratio (β) maksimum yang diijinkan
adalah 0,6.
4. Untuk menentukan ukuran dari meter tube, maka perhatikan beberapa hal di bawah ini :
Maksimum flow
Minimum flow
Kondisi awal pengukuran
Densitas relative
Temperature gas yang mengalir
Tekanan
Perbandingan antara diameter lubang orifice (d) dengan diameter meter tube (D) yang
disebut beta ratio (β). Standart ukuran untuk menentukan panjang daripada meter
tube baik upstream maupun downstream bisa didapatkan pada lampiran II.
Instalasi secara teori, meter tube dapat dipasang pada berbagai macam posisi, baik
horizontal maupun vertical. Tapi, pemasangan secara horizontal adalah posisi terbaik karena
kondisinya yang lurus dan steady mendukung sistem dari orifice meter. Pemasangan secara
horizontal ini diperlukan juga pembuatan trap pada daerah upstream untuk menghindari
pengumpulan cairan pada orifice.
b.Orifice Plate Holding Devices
Orifice Plate Holding Devices merupakan suatu komponen yang berfungsi untuk
menahan orifice plate tetap pada posisi yang konsentris terhadap aliran gas. Terdapat dua macam
orifice plate holding devices yang umum digunakan, yaitu tipe single chamber dan tipe dual
chamber (gambar 3.4)
Tipe single chamber hanya memiliki satu ruangan dimana dalam proses penggantian atau
pengecekan orifice maka harus menghentikan aliran pada meter tube atau jika sistem
pemasangannya menggunakan by pass maka tinggal dilewatkan saja melalui by pass tersebut.
Sedangkan pada tipe dual chamber memiliki dua ruangan jadi memungkinkan bahwa saat
mengganti atau melakukan pengecekan terhadap orifice tidak harus mematikan atau melewatkan
aliran pada by pass.
5. Gambar 2. Orifice Fitting
c. Orifice Plates
Orifice plates adalah pelat datar dengan lubang konsentrik bersisi tajam yang didesain
dengan dimensi khusus yang membentuk penghalang yang terkalibrasi terhadap aliran gas alam
yang melalui meter tube sehingga menyebabkan perbedaan tekanan antara tekanan sebelum dan
sesudah melewati orifice tersebut. Perbedaan tekanan inilah yang kemudian diukur dan dihitung
untuk mendapatkan flow rate.
Ada beberapa macam tipe orifice, antara lain :
Konsentris
Eksentris
Segmental
Yang biasanya digunakan dan paling efisien dalam pengukuran gas adalah jenis
konsentris, karena ukuran dari meter tube-nya yang relative kecil. Selain itu di lapangan jenis-
jenis orifice plate ini dikelompokkan menjadi dua macam orifice yaitu standart dan universal.
Pengelompokkan ini berdasarkan pada ada atau tidaknya tankai nomor seri orifice. Orifice
standart mempunyai tangkai dan nomor seri yang terletak pada tangkai tersebut. Sedangkan
orifice universal, tidak mempunyai tangkai, jadi nomor serinya terletak di tepi badan orifice atau
di pinggir, orifice jenis inilah yang biasanya dipakai pada orifice dual chamber.
d.Pressure Taps
Merupakan lubang dengan ukuran dan penempatan terukur pada meter tube atau pada
holding device, dimana tekanan gas dari kedua sisi orifice tersebut disensor. Ada beberapa
macam penempatan pada pressure taps, yaitu :
Flange Taps
Jenis ini banyak digunakan dan biasanya terletak 1 inchi dari orifice sisi upstream dan 1
inchi juga dari tube downstream. Flange taps tidak dianjurkan untuk tube dengan
6. diameter kurang dari 2 inchi karena vena kontrakta mungkin kurang dari 1 inchi dari
orifice. Orifice taps biasanya berukuran ½ inchi pada flange dan minimum rating 300
psig.
Corner Taps
Terletak secara langsung pada permukaan orifice plate. Mode ini biasanya digunakan di
Eropa dan biasanya digunakan untuk meter tube yang diameternya lebih kecil dari 2
inchi, sehingga vena kontrakta terjadi dekat sekali dengan orifice plate.
Vena Contracta
Dibuat di lokasi yang secara teori menguntungkan karena bisa mendapatkan ΔP terbesar
dari orifice. Satu lubang terletak di upstream dan satu lagi di vena kontrakta.
Radius Taps
Menyerupai vena kontrakta taps, yaitu satu lubang terletak di upstream dan satu lubang
lagi terletak ½ diameter dari pipa downstream.
Pipe Taps
Disebut juga full flow taps, terletak 2 ½ diameter pipa upstream dan 8 diameter pipa
downstream. Mode ini lebih dimungkinkan untuk terjadi error dan membutuhkan pipa
lurus yang lebih panjang. Tetapi mempunyai kemampuan mengukur flow rate yang lebih
besar.
Macam- macam tipe Pressure Taps dapat kita lihat seperti pada gambar 3.5
7. Gambar 2.1 Tipe-tipe Pressure Taps
e. Straightening Vanes
Straightening vanes adalah suatu alat yang biasanya berbentuk beberapa pipa silinder
kecil yang direkatkan bersama dan membentuk suatu pola tertentu (Gambar 3.6). Pemasangan
straightning vanes pada sisi upstream dari meter tube harus dengan sangat presisi dan harus
diletakkan dengan sangat hati- hati dan bertujuan untuk mengurangi putaran tekanan yang tak
beraturan dari fluida ketika akan melewati orifice plate.
(a)
8. (b)
Gambar 2.2 Straightening Vanes (a) Tipe Line (b) Macam-macam Pola
Berdasarkan cara pemasangannya straightening vanes memiliki dua tipe, yaitu :
Tipe flange
Pada tipe ini sistem pemasangannya adalah dengan cara dijepit pada flange
Tipe Line
Pada tipe ini pemasangan dibaut pada dinding tube upstream.
Pada pemasangannya straightening vanes juga harus dipastikan lurus, tidak bengkok
sedikitpun dan harus diletakkan pada posisi yang tepat dan aman sehingga mereka tidak bergetar
atau bergeser. Sebelum dipasang secara permanent, tube pada straightening vanes harus benar-
benar dibersihkan sehingga pada saat pemakaian tidak ada benda asing yang tersangkut dan
menyumbat straightening vanes.
3.3.2 Secondary Component
Adalah komponen-komponen yang berfungsi sebagai alat ukur pada sistem orifice meter,
dimana komponen ini tidak terhubung langsung dengan fluida, tetapi terhubung dengan primary
component. Komponen-koponen ini umumnya berupa transmitter.
a. Differential Pressure Trans mitter (DPT)
9. Merupakan sebuah sensor yang mendeteksi perbedaan tekanan antara upstream dan
downstream yang kemudian mentransmisikan ke flow computer berupa signal digital (Gambar
3.7)
Gambar 2.3 Differential Pressure Transmitter
b.Pressure Trans mitter (PT)
Merupakan sebuah transmitter yang mendeteksi tekanan statis dari fluida yang kemudian
dikonversi menjadi satuan arus listrik (4-20 mA) dan dihubungkan dengan salah satu pressure
taps, yang kemudian ditransmisikan ke flow computer. Berikut merupakan contoh gambar
skematik dan contoh real produk dari pressure transmitter (Gambar 3.8)
Gambar 2.4 Pressure Transmitter
10. c. Temperature Trans mitter (TT)
Merupakan komponen dengan sensor yang mendeteksi peruba han temperature dan
kemudian dikonversi menjadi satuan arus (4-20 mA). Sensor ini berfungsi untuk mengukur
temperature yang lewat dari fluida untuk kemudian ditransmisikan ke flow computer. Transmitter
ini menggunakan sensor RTD (Resistance Temperature Detector), RTD tersebut dibungkus
langsung dengan thermowheel agar tidak bersentuhan langsung dengan fluida. Ini dilakukan
untuk menghindari kerusakan RTD. Sedangkan RTD sendiri adalah sensor yang nilai tahanannya
berubah-ubah secara linier sesuai dengan perubahan suhu.
d.Gage Lines
Komponen ini berupa sebuah tube yang menghubungkan antara pressure taps dengan
transmitter (chart recorder). Gage lines ini berukuran kecil, antara 1/4 – 1/2 inchi dan yang
kebanyakan dipakai adalah 3/8 inchi. Bahan dari gage lines ini harus berkualitas, tidak mudah
korosi ataupun memiliki hambatan gesek yang tinggi sehingga tidak mengura ngi keakurasian
pembacaan flow yang terbaca pada transmitter. Ukuran panjang dari gage line harus diusahakan
sependek mungkin, untuk menghindari error dan posisinya harus memiliki slope yang relative
kecil terhadap sumbu horizontal.
e.Chart Recorder
Komponen ini berfungsi untuk mencatat tekanan absolute, perbedaan tekanan dan
temperature, sebagai backup dari hasil pengukuran flow computer (Gambar 3.10). Alat ini juga
digunakan untuk memonitoring keakuratan dari meter flow. Chart recorder untuk temperature
dan pressure adalah sistem yang terpisah. Chart recorder pada umumnya berbentuk lingkaran
dengan diameter 2 inchi dan tipe yang biasa digunakan dalam industri gas adalah tipe uniform
scale dan square root chart. Prinsip kerja dari chart recorder adalah mengubah besaran fisis ke
gerakan mekanik yang nantinya mekanik ini secara otomatis akan “menggambar” di kertas.
Untuk setiap besaran fisis yang diukur tinta yang digunakan berbeda, dimana merah untuk
differential pressure dan biru atau hitam untuk tekanan statis dan merah biasanya untuk suhu.
