GAS GATHERING SYSTEM

Gas Gathering & TransportationGas Gathering & TransportationTransmisi gas kepada konsumen memerlukan 4 unit operasi: Gathering system Compression station Trunk line Distribution line

Pertimbangan ekonomi (terutama jarak jauh):1. Besarnya Q gas yang dikirim2. Panjang pipa3. Right of way (tempat diletakkannya pipa transmisi)4. Cross apa saja yang akan dipotong5. Maksimum elevasi6. Lokasi dan size compressor station7. Gas delivery (Q)8. Desain gathering systemPenekanan terutama pada: - well location

- right of way - Q yang dikehendaki - L - ΔP

Tambahan bagi desain gas gathering system adalah distribusi gas ke konsumen yang menggunakan diameter kecil dan kompleks system.Desain engineer study terutama untuk pipe line jarak jauh dan tekanan tinggi.

Perhitungan yang dibuat terutama dalam hal:- penentuan diameter- gel strength- high pressure pompa- stimulation model untuk high pressure gas, diperlukan untuk mendapatkan maksimum efficiency

Reynold Number & Moody Friction FactorReynold Number & Moody Friction Factor

Pada flow gas system diperlukan energy di mana sebagian dari energy itu akan hilang (loss work).loss work = - friction loss internal loss

losser karena gesekandgn permukaan dinding pipa

Untuk laminar flow, loss work susah dicari secara teori, akan tetapi dengan pengalaman, actual losser dapat ditentukan.

loss work = f (friction factor) dengan friction factor = f (Re)

di mana:fF = funning friction factorf = 4 fF Fig 7.1 (Chikoku)lw = mechanical energy to heat (lbf/lbm)gc = gravity conversion factorqv = flow velocity (ft/sec)D = pipe line diameter (ft)f = moody friction factorNRe= Reynold number

Practical purposes:

2L D 2

f

D 2 f )(

2F

2F

c

c

glw

gLlw

Dq

N

N

g

20Re

1488 Re

di mana:q = gas flow rate (MSCFD)μ = gas viscosity (P,T) cpD = pipe diameter (in)ɣg = gas gravity ( air = 1)standard condition: 60oF, 14.73 psia

Relative Roughness (e/D)Relative Roughness (e/D)

Relative roughness tergantung dari:- Kekasaran pipa dan diameter pipa

Equation for Friction FactorEquation for Friction Factor

Ada 4 macam moody friction factor, tergantung pada Re.- Laminer zone: Re < 2000

- Critical zone: 2000 < Re < 40000.3Re

0.5 f

Fig 7.1

Fig 7.10

)()(

)()(

inDineor

ftDfteRR

Re

6464Ndu

f

valid: 0.00001 < < 0.0001

- Transition zone: 4000 < Re <

- Turbulent zone: Re >

Pipe Line Flow EquationPipe Line Flow Equation

Weymouth: baik sekali untuk small diameter (dimulai D 15”)Panhandle & Modified Pan Handle untuk large diameter.

Weymouth Equation: Horizontal FlowQo Wo

isothermal gas flow horizontal line

D

16.12000

D 2log - 1.14

f1

16.12000

D 2log - 1.14

f1

Q Q

Asumsi Weymouth:1. Perubahan energi kinetik = 02. Flow steady state3. Horizontal flow4. Panas (heat) tidak keluar terhadap gas atau sekitarnya5. Tidak ada kerja oleh gas, maka persamaan umumnya:

di mana:v = specific volumep = pressure (psia)f = moody fraction factor

= velocity (ft/sec)D = diameter pipa (ft)L = panjang pipa (ft)gc = conversion factor = 32.17

0 L (144) D 2g

f P v

0 lw P v

c

2

2sec lbfft lbm

5.0522

21

9

522

21

52

22

12

92

59-

2

3

2

2

3

L f T zG D)PP(

PbTb3.23 h Q :atau

(5280L)G T z 2f 109444.1)12D)(PP53.29( h Q

:makainch D miles L Bila

D LG T z f2

PPPbTb

109444.129.53h) (Q

maka ,z dengan gIntegratin

0LP Tb

z Pb TQh Df101.9444 P

GPT z29.53

0DL

PD Tb 3000z Pb TQh 4

32.172f P

PG 29)zT 732.10( 144

GP 29zT 10.732

PMzRT lbm/ftv

D4

00.1z

pPb

TbT

3600Qh

ft1

secft

di mana:Qh = gas flow rate (ft3/hr) @ PbTb = base temp (oR)Pb = base pressure (psia)P1 = inlet pressure (psia)P2 = outlet pressure (psia)D = inside diameter (inch)G = gas gravity (air = 1)T = average flow line temperature (oR)f = moody friction factorL = panjang pipe line (miles)

= gas deviation factorHal ini dapat ditulis sebagai berikut:z

2

5.0

5.25.02

22

15.0

D 2log - 1.14

1 turbulentf

factor ntransmisiof1

Dz T LG

)PP(f1

PbTb3.23 h Q

22

21

32

31

21

P

P 21

21

21

21

5.031622

21

31

PPPP

32 Pm

:(Pm) pressuremean dalam z

PPv z

PPP z z

2zz z

P2

PP @ z

region) dalam P & (P z :mana di

z T LG D)PP(

PbTb 18.062 h Q

:menjadiakan disederhan tadiPersamaan D

0.032 f

D 0.48

D G Q 20 Re

2

1

Weymouth purpose

Weymouth Equation: Non Horizontal Flow

2

23

2

3

2

3

2

3

2

3

32

2

3

H3

H2

3P

2P

2

1

22

1

PPP 1

PP

PPln

1PP 1y yln

05.1PP

:praktis Untuk

0y2 ... )1y(31 )1y(

21 )1y( y ln

H T z

0.01875G PPln

H T z )144(10.732

29G PP

:atau

H144zRTPG 29 P

T R zPG 29Sg

1449

HP

0L D c 29

fH c9

9P v

(N.H) Dz L f T G

)PeP( PbTb 23.3Qh

l)(horizonta Dz L f T G)PP(

PbTb 23.3Qh

e PP

e PP

HT z

G01875.0PPln

Dz L f T G)PP(

PbTb 23.3Qh

BgG000529.0P

PG000529.0Bg

PHT z

G01875.0 PPP

HT z

G01875.0P

PP

5.05

22

s21

5.05

23

21

s/223

T z/H G01875.023

2

3

5.05

22

21

223

2

23

P2

P3 dianggap konstanP1

Pan Handle Equation: Horizontal Flow

n321n

22

11

n

nSnSn

2

2S2S1

1

1S1

S

5.0522

s21

s.....sss sz T/HG 0.0375 s

z T/HG 0.0375 s

sL)1(ee.....

sL)1(ee

sL)1(e Le flow uniformNon

Ls

)1(e Le flow Uniform

elevationinlet -elevation outline H pipa panjang effective Le :mana di

Le z f T GD)Pe(P

PbTb 23.3Qh

Tb@Pb, day/ft rate flow gasz L T

PP

:mana di

DG1

PbTb 87.435Q

DQG 52 f1

35394.02

22

1

6182.24694.007881.1

1461.0

Modified Pan Handle: Horizontal Flow

Clinedins Equation: Horizontal Flow

Dari dasar persamaan:

di mana:Q = volume flow rate (MCFD)Ppc= pseudo critical pressure (psia)D = pipe line internal diameter (inch)L = pipe line length (ft)Pr = pseudo reducer pressureT = average flow line temp (oR)G = gas gravitasiz = gas deviation factor @Tb, Pb

53.251.0

0.961

22

21

02.1

01961.05.0

DG z L TPP

PbTb 737Q

DQG 16.7

f1

5.051Pz

0

2Pz

0 f L T GD Pr

zPr Pr

zPr

PbPpc Tb zb 973.3Q

0lwPv

Pr zPr2P

0 Al (Katz- Kobayashi)

GAS FLOW IN SERIES, PARALLEL, AND LOOPED PIPELINES

7.4.1 Series Pipeline

Dengan Persamaan 7.48

Qh = 18,062 Tb (( p12-p22)D16/3 ) 0,5 ……..(7.48) Pb γg.T L Z

Karena p1 – p2 adalah konstan, Persamaan 7.48 dapat ditulis sebagai :Qh = K1 ( D16/3 ) 0,5 .........(7.70)

LAtau…

L = KD16/3 ……..(7.71) qh2

L2,D2 L3,D3L1,D1

Dijadikan ….

Deq,Leq,Q=Q1=Q2=Q3Δp= Δp1+ Δp2 + Δp3

Series pipeline

Jadi untuk memberikan kuantitas gas pada penurunan tekanan yang ada.Panjang berbanding lurus degan kenaikan diameter dengan power 16/3. Karena itu panjang ekivalen = DA-in,LA akan mempunyai penurunan tekanan yang sama dengan LB miles dalam DB.

L’A= DA 16/3

LB (

DB )

L’A= LB DA 116/3

DBOleh karena itu series line menghasilkan panjang ekivalen total :

LAeq= LA + L’A = LA + LB DA 16/3

DB ………(7.73)

Volume laju alir qh gas akan menghasilkan dr harga p1, p2, Yg, T and z, dapat dihitung dengan persamaan 7.48 dengan DA LAeq,tetapi , dr persamaan 7.70 laju alir berbanding lurus dengan (1/L)0,5. Jadi perubahan persen (%) dari volume laju alir adalah :

Δqh=((1/LAeq)0,5 – (1/L)0,5) …..(7.74)

(1/ L )0,5

Panjang ekivalen dan diameter dapat di gambarkan :

L1 = L2 DA 16/3

DB….(7.75)

AtauD1 = D2 DA 3/16

DB….(7.76)

Menggunakan persamaan Weymouth dengan faktor friksi :

L1 = L2 f2 D1 16/3

f1 D2 ….(7.77)Atau :

D1 = D2 f2 L1 16/3

f1 L2 ….(7.78)

Dengan menggunakan LA miles untuk bagian A, persamaan.7.48 adalah :

qAPb ( Yg T )0,5 = constant = p12 – p22 = p12 – p22 18.062Tb ( DA 16/3 ) LA z B LA z A

Atau..( p12 – p22 ) LA z A = ( p12 – p22 ) LA z B ….(7.79)

Dengan cara trial dan error menggunakan P2 sebagao variabel, dengan asumsi :

za = zb = zp1 + zp2 2

Persamaan7.75 dapat diperpanjang menjadi 3 pipa atau lebih dalam series :

Qt = q1 = q2 = q3

Total penurunan tekanan adalah jumlah dari penurunan tekanan:

Δpt = Δp1 + Δp2 + Δp3

Atau…

(p12 – p42) = YgzTqt2Pb2Le

(18.062 )2 Tb2 D16/3

= YgzTPb2 (q12 L1) + (q22 L2) + (q32 L3 )

(18.062)2 Tb2 ( D116/3) (D216/3) (D36/3) Sehingga :

Le = L1 + L2 + L3

D16/3 D116/3 D216/3 D316/3 …..(7.80)

Menggunakan persamaan Weymouth yang mengandung f,

fLe = f1L1 + f2L2 + f3L3 + ……. + fnLn

D5 D15 D25 D35 Dn5 .....(7.81)

7.4.2 Parallel Pipelines

Menggunakan persamaan Weymouth, ( tanpa f ),

Qh = constant ( D16/3 ) = constant ( D8/3 ) …..(7.82)

Perbandingan produksi baru dengan yang lama adalah :

qt = qA + qB = ( 1 + qB ) = ( 1 + ( DA )8/3 )

qA qA qA ( DA ) …..(7.83)

Persen (%) peningkatan dalam kapasitas :

% peningkatan qh = qB x 100 = 100 ( DB )8/3

qA ( DA ) …..(7.84)

5.03/165.03/165.03/165.022

5.03/1622

33

22

11)21(062.18

)21(062.18

LD

LD

LDpp

PbTb

YgTz

LeDpp

PbTb

YgTzqt

QT= ( Q3+Q4 ) = Q1 =Q2

ΔP3 = ΔP4

Dijadikan :

Paralled Series

qt p1 p2 qtDA = 4 in

Db = 6 in

D1,L1,q1

D2,L2,q2

D3,L3,q3

qtP1 P2 qt

5.03/165.03/165.03/165.03/16

33

22

111

LD

LD

LD

LeD

5.055.055.055.055.05

........

3.3

2.2

1.1

.

Lnfn

DnLfD

LfD

LfD

LefD

Sehingga :

Jika persamaan Weymouth, yang terdapat faktor friksi (f), persamaannya menjadi :

7.4.3 Looped Pipelines

Berdasarkan aliran paralel didalam loop, menggunakan persamaan Weymouth (tanpa f) :5.03/16

tan

LDtconsqh

D3,L3,Q3

D1,L1 D2L2Q2 D4L4

Q1 Q4

QT= ( Q2+ Q3 ) = Q1 = Q4

Looped Series

Dari persamaan sebelumnya :

2/1

3/8

2/1

3/8

2/1

3/8

)'('

LBDB

LADA

ABLABD

2

2/13/82/13/8 1'

1'

1'

LBABDDB

LAABDDA

ABL

Penyelesaian persamaan diatas menggunakan panjang ekivalen dari hasil segmen loop :

D’AB dipilih dari diameter yang sama selain segme loop,

D’AB = DC = DA

Persamaan disederhanakan menjadi :2

2/13/82/1 111'

LBDCDB

LA

ABL

Kemudian, jika panjang aliran paralel sama, LA = LB persamaan menjadi :

2

3/82/1

11

1'

DCDB

LA

ABL

Perbandingan aliran setelah looping maka laju alir awal adalah :

1'

100100%

'5.0

5.0

LLo

qoqoqqhinincrease

LLo

qoq

Dimana : :qo = Laju alir awal sebelum loopingq = Laju rate setelah loopingLo = Panjang awal pipaL’ = Panjang Ekivalen pipa setelah looping = L’AB + LC