Pipe sizing downstream of steam traps

Cerita ttg fenomena stalling kondensat di HE kemarin berlanjut dgn bagaimana cara menentukan ukuran pipa di downstream steam trap HE tsb. Penentuan ukuran pipa ini dimulai dgn mengasumsikan berapa tekanan kondensat di downstream steam trap. Dengan kata lain, brp dP steam trap tsb sehingga kondensat dan flashed steam yg terbentuk (2 phase flow) msh memiliki tekanan yg cukup utk sampai di kondensat vessel.

dP steam trap menentukan tekanan kondensat stlh steam trap dan jg jumlah flashed steam yg dihasilkan ketika kondensat mengalir melalui steam trap. Dgn kondisi ini (tekanan dan flashed steam yg terbentuk), pressure drop utk 2 phase flow bisa dihitung dgn berbagai metode (spt Dukler, Lockhart Martinelli, Friedel correlation, atau Müller-Steinhagen). Jika tekanan 2 phase flow ini sama atau lbh besar dr tekanan kondensat vessel di downstreamnya, maka asumsi dP steam trap yg diambil sebelumnya adalah benar. Jika tidak, perhitungan ini mesti diulangi lg dgn mengasumsikan nilai dP yg lbh rendah.

Adacatatan dr tahun 1987 oleh Calogero, MV dan Brooks, AW [1] yg memberikan semacam rule of thumb utk menentukan ukuran pipa di downstream steam trap. Mereka merekomendasikan utk menghitung jumlah maksimum flashed steam yg terbentuk. Jumlah maksimum ini ditentukan oleh tekanan kondensat vessel. Dengan kata lain, tekanan kondensat setelah steam trap adalah sama dgn tekanan di kondensat vessel. Dengan asumsi ini, jumlah flashed steam yg terbentuk adalah maksimal dan pressure drop utk 2 phase flow ini jg akan plg besar. Kemudian, mereka jg merekomendasikan utk menggunakan kecepatan 15 m/s utk aliran ini. Rekomendasi ini merupakan cara termudah utk digunakan jika sistem perpipaan di downstream steam trap blom diketahui. Juga merupakan cara teraman utk menghindari undersize piping yg merupakan salah satu penyebab terjadinya stalling.

Mari kita ambil contoh perhitungan sederhana yg menggabungkan perhitungan Calogero dan Brooks di atas dgn perhitungan pressure drop utk 2 phase flow. Kita punya 10 ton/hr dan tekanan 6 bara di upstream steam trap. Tekanan di downstream kondensat vessel adalah 1.5 bara. Maka, menurut Calogero dan Brooks, ukuran pipa yg diperlukan diameter sekitar 158mm atau minimal DN 150, spt hasil perhitungan berikut:

Dgn pipa DN150 dan flashing kondensat dr 6 bara ke 1.5 bara, physical properties utk flashed steam dan kondensat yg terbentuk adalah sbb:

Kemudian, bbrp metode perhitungan pressure drop utk aliran 2 phase flow akan digunakan utk kasus ini. Hasilnya sbb:

Dr 6 metode yg digunakan di atas, terlihat bahwa pressure drop utk 2 phase flow ini kurang lbh sekitar 0.1 – 0.2 bar utk pipa sepanjang 100m. Pressure drop ini relative besar krn kita bisa melihat bahwa flashed steam yg terbentuk setelah steam trap tidak akan mencapai jumlah maksimal. Krn akan diperlukan sekitar 0.2 bar lg utk bisa mengalir ke kondensat vessel. Maka, utk ukuran pipa yg dipilih ini, dP steam trap pada kenyataannya akan lbh kecil drpd 4.5 bar (6 – 1.5 bara). Pada akhirnya, flashed steam yg terbentuk akan mencapai jumlah maksimalnya di kondensat vessel.

Menilik dr hasil perhitungan diameter pipa yg diperlukan dan ukuran pipa yg kita pilih, terlihat bahwa ukuran pipa yg kita pilih sgt dekat dgn ukuran pipa hasil perhitungan (158mm dgn DN 150). Jika pipa yg kita pilih adalah satu ukuran lbh besar (DN200 misalnya), maka pressure drop utk 2 phase flow yg terbentuk akan sangat kecil, sekitar 0.05 bar/100 m (spt gbr di bwh).

Dari hasil perhitungan ini, secara praktis metode yg diberikan oleh Calogero dan Brooks di atas bisa digunakan. Tambahan lg, steam trap yg digunakan jg mesti diperiksa kapasitasnya apakah ia bisa mengalirkan sejumlah kondensat (minimum dan maksimum flow) dgn dP tertentu (minimum dan maksimum dP).

Referensi:

  1. Calogero, M. V. and Brooks, A., 1987, Sizing Pipe After Steam Traps, Chemical Engineering, pp. 38-37.

6 Comments (+add yours?)

  1. zulham
    Jul 23, 2012 @ 09:10:42

    Pa gimana cara memilih steam trap yg benar soalnya masi agak bingung, apakah cuma diliat dari pressure drop dan laju kondensatnya saja??

    Reply

  2. abdullah yaqub harahap
    Apr 10, 2015 @ 03:42:24

    bagaimana menentukan ukuran pipa steam yg paling cocok untuk kondisi sbb:
    diketahui: pressure (P) = 20 barg
    Steam Flowrtae (Q) = 35 ton/h
    panjang Pipa = 350 metere

    Reply

    • zapthegreat
      Apr 10, 2015 @ 15:49:40

      Pak Abdullah,

      Menentukan ukuran pipa yg cocok adalah masalah keekonomisan. Semakin besar ukuran pipa yg kita pilih, maka pressure drop akan semakin kecil, yg berarti energy consumption akan semakin kecil. Tetapi, investment cost akan semakin besar. Demikian sebaliknya.

      Ini jg berlaku utk fluida gas, spt steam. Hanya saja, fluida gas adalah fluida yg dapat ditekan (compressible). Dampak praktiknya adalah kita gak bisa menggunakan persamaan pressure drop yg biasa utk liquid krn massa jenis nya akan berbeda jauh jika tekanan di kedua ujungnya berbeda jauh. Untuk mengatasi hal ini, banyak persamaan2 utk pipe sizing utk fluida gas yg bertebaran di internet. Ttp, klo saya akan mendekatinya dgn membiarkan tekanan di downstreamnya turun sedemikian sehingga massa jenisnya tidak berbeda jauh. Katakanlah kurang dari 5%. Dengan begini, kita masih bisa menggunakan persamaan pressure drop yg biasa (spt utk liquid atau incompressible fluid).

      Utk mempermudah masalah, saya asumsikan steamnya dry saturated. Nah, klo kita pake tekanan downstream nya 19.5 barg, maka massa jenisnya adalah 10.29 kg/m3. Sementara utk upstream yg 20 barg, massa jenisnya adalah 10.54 kg/m3. Perbedaan di antara kedua massa jenis ini kurang lebih 2-3%.

      Skrg kita tinggal menebak aja ukuran pipa yg diperlukan sehingga pressure dropnya 0.5 bar. Ambil satu nilai diameter, cari pipe roughness nya, hitung kecepatannya, hitung Re, hitung friction factor, dan hitung pressure drop. Klo pressure drop hasil hitungan gak sesuai dgn yg kita inginkan (0.5 bar), maka ukuran pipa kita ganti. Demikian selanjutnya sampai pressure drop yg diinginkan tercapai.

      Hasil hitungan saya bilang klo D akan sebesar 0.235 m. Kita ambillah pipa berdiameter DN 250.
      Klo pake nomograph yg di sini:
      http://www.spiraxsarco.com/Resources/Pages/Steam-Engineering-Tutorials/steam-distribution/pipes-and-pipe-sizing.aspx

      kita jg akan mendapatkan hasil yg kurang lebih sama.

      Semoga berhasil,
      Zulfan

      Reply

  3. Firdaus akbar
    Apr 15, 2015 @ 04:48:40

    terima kasih untuk share ilmunya barangkali kita bisa kontak karena
    saya juga bekerja di process engineering

    Reply

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: