(click picture to enlarge)Centrifugal pump. Beberapa contoh pompa sentrifugal yang digunakan di salah satu gathering station.

Pada industri minyak bumi, sebagian besar pompa yang digunakan dalam fasilitas gathering station, suatu unit pengumpul fluida dari sumur produksi sebelum diolah dan dipasarkan, ialah pompa bertipe sentrifugal. Gaya sentrifugal ialah sebuah gaya yang timbul akibat adanya gerakan sebuah benda atau partikel melalui lintasan lengkung (melingkar).

Prinsip-prinsip dasar pompa sentrifugal ialah sebagai berikut:

• gaya sentrifugal bekerja pada impeller untuk mendorong fluida ke sisi luar sehingga kecepatan fluida meningkat
• kecepatan fluida yang tinggi diubah oleh casing pompa (volute atau diffuser) menjadi tekanan atau head

Selain pompa sentrifugal, industri juga menggunakan pompa tipe positive displacement. Perbedaan dasar antara pompa sentrifugal dan pompa positive displacement terletak pada laju alir discharge yang dihasilkan oleh pompa. Laju alir discharge sebuah pompa sentrifugal bervariasi bergantung pada besarnya head atau tekanan sedangkan laju alir discharge pompa positive displacement adalah tetap dan tidak bergantung pada head-nya.

(click picture to enlarge)Impeller. Ilustrasi aliran fluida dalam impeller sebuah pompa sentrifugal.

(click picture to enlarge)Sentrifugal vs. Positive Displacement. Laju alir discharge sebuah pompa positive displacement selalu tetap dan tidak tergantung oleh total dynamic head.

(click picture to enlarge)Impeller. Beberapa impeller yang digunakan dalam pompa sentrifugal.

(click picture to enlarge)Performance Curve Kurva perfomansi yang menunjukkan pengaluran data-data head, flow rate, efisiensi, dan kebutuhan daya.

(click picture to enlarge)Perhitungan NPSHa. Berikut ini ilustrasi yang menunjukkan bagaimana perhitungan NPSH avaiable sebuah pompa.

(click picture to enlarge)Nametag. Contoh name tag sebuah pompa sentrifugal yang terdapat di pabrik. Terlihat bahwa head pompa ialah sebesar 990 ft.

Klasifikasi Pompa Sentrifugal

Pompa sentrifugal diklasifikasikan berdasarkan beberapa kriteria, antara lain:

1. Bentuk arah aliran yang terjadi di impeller. Aliran fluida dalam impeller dapat berupa axial flow, mixed flow, atau radial flow.
2. Bentuk konstruksi dari impeller. Impeller yang digunakan dalam pompa sentrifugal dapat berupa open impeller, semi-open impeller, atau close impeller.
3. Banyaknya jumlah suction inlet. Beberapa pompa setrifugal memiliki suction inlet lebih dari dua buah. Pompa yang memiliki satu suction inlet disebut single-suction pump sedangkan untuk pompa yang memiliki dua suction inlet disebut double-suction pump.
4. Banyaknya impeller. Pompa sentrifugal khusus memiliki beberapa impeller bersusun. Pompa yang memiliki satu impeller disebut single-stage pump sedangkan pompa yang memiliki lebih dari satu impeller disebut multi-stage pump.

Terminologi

Beberapa terminologi dan istilah khusus yang sering berkaitan dengan pompa, ialah:

1. TDH = Total Dynamic Head, yaitu besarnya head pompa. Merupakan selisih antara head discharge dengan head suction; terkadang disebut head atau total head.
2. BEP = Best Efficiency Point, yaitu kondisi operasi dimana pompa bekerja paling optimum.
3. NPSHr = Net Positive Suction Head required, yaitu nilai head absolut dari inlet pompa yang dibutuhkan agar tidak terjadi kavitasi.
4. NPSHa = Net Positive Suction Head available, yaitu nilai head absolut y ang tersedia pada inlet pompa.
5. Kavitasi, yaitu kondisi dimana terjadinya bubble (gelembung udara) di dalam pompa akibat kurangnya NPSHa (terjadi vaporisasi) dan pecah pada saat bersentuhan dengan impeller atau casing. Agar tidak terjadi kavitasi, maka NPSHa harus lebih besar dari NPSHr.
6. Minimum flow, yaitu flow rate yang terkecil yang dibutuhkan agar pompa beroperasi dengan baik. Apabila laju alir lebih rendah dari minimum flow, pompa dapat mengalami kerusakan.
7. Efficiency, yaitu besarnya perbandingan antara energi yang dipakai (input) dengan energi output pompa.
8. BHP = brake horsepower, yaitu power (daya) yang dibutuhkan oleh pompa untuk bisa bekerja sesuai dengan kurvanya; memiliki satuan hp.

Kurva Perfomansi Pompa

Kurva performansi bermanfaat untuk menggambarkan beberapa parameter unjuk kerja dari pompa yang antara lain:

1. Besarnya head terhadap flow rate
2. Besarnya efisiensi terhadap flow rate
3. Besarnya daya yang dibutuhkan terhadap flow rate
4. Besarnya NPSHr terhadap flow rate
5. Besarnya minimum stable continuous flow

Sistem Proteksi Pompa

Agar pompa dapat beroperasi dengan baik, terdapat prosedur proteksi standar yang diterapkan pada pompa sentrifugal. Beberapa standar minimum paling tidak terdiri dari:

1. Proteksi terhadap aliran balik. Aliran keluaran pompa dilengkapi dengan check valve yang membuat aliran hanya bisa berjalan satu arah, searah dengan arah aliran keluaran pompa.
2. Proteksi terhadap overload. Beberapa alat seperti pressure switch low, flow switch high, dan overload relay pada motor pompa dipasang pada sistem pompa untuk menghindari overload.
3. Proteksi terhadap vibrasi. Vibrasi yang berlebihan akan menggangu kinerja dan berkemungkinan merusak pompa. Beberapa alat yang ditambahkan untuk menghindari vibrasi berlebihan ialah vibration switch dan vibration monitor.
4. Proteksi terhadap minimum flow. Peralatan seperti pressure switch high (PSH), flow switch low (FSL), dan return line yang dilengkapi dengan control valve dipasang pada sistem pompa untuk melindungi pompa dari kerusakan akibat tidak terpenuhinya minimum flow.
5. Proteksi terhadap low NPSH available. Apabila pompa tidak memiliki NPSHa yang cukup, aliran keluaran pompa tidak akan mengalir dan fluida terakumulasi dalam pompa. Beberapa peralatan safety yang ditambahkan pada sistem pompa ialah level switch low (LSL) dan pressure switch low (PSL).

Bersambung ke bagian kedua.

Referensi: Penyegaran kembali tentang Dasar-dasar Teori dan Pengoperasian Pompa Sentrifugal oleh Adi Kristanto and Umar Hamid.

The transfer pumps are critical equipment on produced fluid flow process, because if the unplanned down is happening on transfer pumps, there will no fluid is able to be delivered to gathering station and requires the CVC station shut down. So that the availability of these pumps have to be monitored and take big attention on its daily performance in order to extend Mean Time Between Failure (MTBF).

The case study below of unreliable control scheme system has caused repetitive faliure on pumps and impacted to generate loss production from CVC station.

Once upon a time, there was a transfer pump repetitive faliure problem in surge vessel system. The current configuration of this system is shown below:

The current transfer pumps’ control scheme has generated a fluctuated level inside surge vessel and start/stop pump frequently in short time (Either Lead or Lag Pumps). This condition has led to pumps performance which set automatically based on liquid level status inside surge vessel (LI 09002). The lead pump sets “OFF” at 20% liquid level for safety device and will be “ON” at 40% liquid level. The lag pump sets “ON” at 60% liquid level and will be “OFF” at 40% liquid level.

Transfer pumps have experienced an unacceptable number of repetitive mechanical seal failures which often have resulted in oil spills. The investigation has been conducted in order to find out the bottom causes of this problem. One clearly identified cause is repeated start/stop pump frequently within 10 minutes has caused damage on mechanical seal. The frequent start/stop pump condition is caused by level system itself which is to set lead pump “OFF” at 20% and restart at 40%. This happened on lag pump as well, which requires lag pump automatically “ON” at 60% and “OFF” at 40% liquid level.

The level control loop does not work as well as the level control signal which is routed to recycle valve (LCV 09001) in maintaining liquid level but it almost no effect on level. The current system attempts to control level by interaction between the recycle valve control (“level”) and the product valve control (“pressure”). The interaction is too slow to be effective in controlling the vessel level, so the back up control (pump’s safety device) of auto-starting/stopping pumps is used.

The level setting point of liquid level inside surge vessel is previously 50% level and this was inducing liquid carry over in overhead (vapor) line heading to vent stack and misting was occuring due to unreliable control scheme on surge vessel system. The picture below showed an fluctuated level:

In order to eliminate this repetitive mechnical seal failures and reduce misting by providing reliable system which will control the level appropriately as dedicated. The current control scheme will be changed with control type as mentioned below:

1. Change the product valve control so that it is controlled by net product flow controller FIC-09001. This flow controller will have its set pont provided by a level controller LIC-09001. Level to flow cascade control is an industry standard and will provide good level control while still allowing constraints on the flow rate to ensure the pump(s) operate in safe range.
2. Change the recycle valve control so that it is controlled by the pump(s) discharge pressure controller PIC-09001. this will ensure that the pump(s) stay above the minimum flow dan provide good protection for the pumps.

This type of control system is typically used throughout upstream and downstream facilities as industry standard. The sketch below is proposed control scheme for replacing the previous one.

Here is the end result once implemented the proposed control scheme in surge vessel sytem and conducted a tuning process on its propotional gain (CP) and Integral (TR) values in order to set proper either pressure control valve and level control valve responses in operations.

By implementing the new control scheme at existing surge vessel facility, the frequent start/stop transfer pump(s) in short time is able to be eliminated. Since the fluctuated level has been decreased from +/- 45% becomes 5% only. By changing the level setting point from 50% to 40% has clearly identified that the misting process was able to reduced until 70%. These changes have been communicated thru updating the Standard Operating Procedure (SOP).