Prinsip Kerja Separator Alat Pemisah Fluida Minyak dan Gas Bumi

1. Introduksi :

1. Fluida reservoir dapat terdiri dari campuran gas, minyak dan air. 
2. Fluida tersebut harus dipisahkan dan diukur sebelum menuju flow line atau bejana penampung (Storage tank)
3. Konsumen hanya membeli minyak (setelah air dan gas dipisahkan) atau gas (setelah minyak dan air dipisahkan)

2. Pemprosesan

Pada saat fluida dari sumur masuk ke separator, dimana tekanan sudah menurun dibanding saat dari reservoir, fluida dengan perbedaan density, mulai terpisah secara alamiah.Semakin berat suatu benda, semakin besar kemungkinan benda tersebut bergerak ke dasar, hal ini diakibatkan pengaruh gravitasi. 

Gas lebih ringan dari minyak, minyak lebih ringan dari air; oleh karena itu :

1. Air akan berada di tempat yang paling bawah
2. Minyak berada diantara air dan gas
3. Gas berada ditempat yang paling atas. 

Sifat-sifat inilah yang dimanfaatkan dalam proses pemisahan fluida. Disamping itu akibat perubahan temperatur akan mempengaruhi spesific gravity dan tekanan dari fluida tersebut.

3. Jenis Separator

Separator dibagi beberapa jenis berdasarkan pada bentuk dan fase pemisahan dari fluida yang melewatinya.

1. 1. Separator secara umum dapat dibagi menjadi 3 bentuk, yaitu:

Horizontal Separator,Separator ini sangat sesuai digunakan apabila sumur produksi memiliki Gas Oil Ratio (GOR) yang tinggi dan membutuhkan waktu penyimpanan yang lama untuk pemisahan gas dan liquid Vertical separator,digunakan untuk fluida dengan GOR yang rendah

vertikal separator

Spherical separator,digunakan pada lokasi yang berproduksi kecil

Spherical separator

1.2. Berdasarkan phasa, separator dibagi menjadi 2: 

a). 2 phasa

1. Separator dua phasa berfungsi memisahkan gas dari cairan. 
2. Gas mengalir keluar dari gas outlet, sedangkan cairan (minyak & air) keluar melalui liquid outlet yang sama.

separator 2 Phasa

b). 3 phasa 

Separator tiga phasa berfungsi memisahkan gas, minyak dan air. Gas keluar melalui gas outlet, air dan minyak keluar melalui outlet yang berbeda. 

Separator 3 Phasa

Bagian-Bagian Utama Separator

1) Primary separation section

Bagian utama separator yang digunakan untuk mengumpulkan sebagian besar fluida yang masuk ke separator.

2) Secondary separation section/ Gravity settling section

Bagian dari separator yang digunakan untuk memisahkan butiran cairan yang sangat kecil (mist). Prinsip utama dari proses pemisahan pada bagian ini berdasarkan sistem gravity.

3) Mist extraction section

Bagian utama separator yang digunakan untuk memisahkan butiran cairan yang sangat kecil untuk membentuk butiran cairan yang besar.

4) Liquid accumulation section

Bagian utama separator yang digunakan sebagai tempat penampungan semua cairan yang sudah terbebas/terpisahkan dari gas. 

Bagian-bagian Utama Separator Horizontal

Keuntungan dan Kerugian Separator

a). Separator Vertical (tegak)

Kelebihannya :

1. Pengontrolan level cairan tidak terlampau rumit karena jarak vertikal antara gas outlet dan level cairan cukup jauh
2. Dapat menanggulangi pasir dalam jumlah besar
3. Mudah dibersihkan karena bagian bawah mempunyai design yang berkerucut.
4. Untuk dioperasikan di platform lebih murah karena memerlukan tempat pemasangan yang sempit

Kekurangannya :

1. Lebih sulit merawat peralatan-peralatan keselamatan yang terpasang diatas.
2. Pemasangan outlet gas lebih sulit
3. Harga lebih mahal
4. Membutuhkan diameter yang lebih besar untuk suatu kapasitas gas tertentu.

b). Separator Horizontal (mendatar)

Kelebihannya :

1. Lebih ekonomis dan efisien untuk memproses gas dalam jumlah besar
2. Mempunyai gas liquid interface yang lebih luas sehingga mampu menangani kapasitas yang lebih besar
3. Harganya lebih murah, mudah perawatannya dan memerlukan pipa koneksi yang lebih sedikit
4. Untuk kapasitas gas yang sama memerlukan diameter yang lebih kecil

Kekurangan :

1. Apabila fluida mengandung pasir, lebih sulit membersihkan
2. Pemasangannya memerlukan ruangan yang lebih luas, kecuali kalau disusun bertingkat
3. Kontrol level cairan lebih kritis
4. Kecenderungan kembali penguapan cairan ke fasa gas lebih besar

Peralatan Separator

1. Peralatan Bagian Dalam Separator

Peralatan Bagian Dalam 

1.Inlet diverter / Deflector plate : 

Berfungsi untuk memecahkan aliran yang datang dari sumur, mengubah arah aliran, dan awal dari proses pemisahan

Inlet diverter

2.Mist extractor : 

Alat ini berfungsi untuk memisahkan cairan dari gas sebelum gas keluar dari separator

Mist extractor

3.Weir:

Adalah dinding yang dipasang tegak lurus didalam separator. Tujuannya adalah untuk meningkatkan retention time bagi fluida untuk mengendap, sehingga cairan (minyak) melewati weir sebelum keluar melalui outlet minyak.

Weir Srparator

4. Staightening Vanes: 

Pada umumnya ditemukan pada separator horizontal, dimana alat ini akan merubah arah gas dari inlet dan mengurangi turbulensi dari inlet deflector.

Staightening Vanes

2. Safety Relief Valve : 

Bekerja apabila ada tekanan lebih dari separator.Safety relief valve bekerja dengan cara me-release atau membuang tekanan lebih yang ada di dalam separator secara otomatis.Jika tekanan di dalam separator turun kembali, yaitu lebih rendah dari setting pressure pada safety relief valve, maka safety relief valve akan menutup kembali secara otomatis. 

Safety Relief Valve

3. Rupture Disc: 

Untuk melindungi separator jika tekanan terlalu tinggi dan safety relief valve tidak berfungsi, tekanan separator akan memecah plate didalam rupture disc.

Rupture Disc

4. Level Controller 

Pengontrol permukaan liquid (liquid level controller).Tinggi permukaan liquid di dalam separator diatur sedemikian rupa agar separator dapat bekerja menurut semestinya. Separator dilengkapi dengan alat pengatur permukaan liquid yang dipasang pada liquid outlet dan dihubungkan dengan floater/displacer dan control valve.

5. Pressure controller : 

Untuk menjaga agar tekanan sesuai pada settingnya. Tekanan di dalam separator di set pada tekanan tertentu agar pemisahan gas dan liquid dapat berhasil dengan baik.Untuk menjaga tekanan dalam separator bisa bertahan sesuai dengan tekanan yang sudah ditentukan, pada gas outlet dari separator dipasang alat pengontrol tekanan. Alat ini pada dasarnya mengontrol atau mengatur jumlah gas yang keluar dari separator.

Problem di Separator

1. High liquid level /liquid over flow 

Suatu keadaan dimana cairan keluar dari separator melalui gas outlet.

Kemungkinan penyebabnya:

1. Cairan yang masuk lebih besar dari pada cairan yang keluar
2. Control valve di liquid outlet tidak bekerja (close)
3. Block valve didekat control valve tertutup
4. Terjadi penyumbatan di pipa liquid outlet

2. Low liquid level/gas blowby

Suatu keadaan dimana gas keluar dari separator melalui liquid outlet.

Kemungkinan penyebabnya:

1. Berkurang atau tidak ada fluida yang masuk
2. Control valve di liquid outlet tidak bekerja (open)
3. Bypass valve pada liquid outlet terbuka
4. Drain valve terbuka
5. Control valve di gas outlet tidak bekerja (close)

3. Low/High pressure

Suatu keadaan dimana tekanan di separator kurang/melebihi dari setting yang telah ditentukan. 

Separator Controller 

Ada 2 (Dua) Yang Harus Dikontrol :

1. Pressure /Tekanan
2. Level /Permukaan Cairan

Untuk mengatur tekanan digunakan “pressure control valve” (PCV)

1. Yang diatur adalah gas flow rate
2. Tekanan tidak boleh terlalu tinggi / rendah agar pemisahan fluida baik
3. Bila tekanan terlalu tinggi, gas yang terpisah sedikit, gas terikut dalam cairan
4. Bila tekanan terlalu rendah, kemungkinan cairan terikut gas .
5. Control valve yang dipakai dalam kondisi darurat adalah fail open (F-O)
6. Untuk mencegah pressure terlalu tinggi /atau terlalu rendah, di separator dipasang “hi & low switch

2. Level / Permukaan Cairan

Ada 2 level cairan yang dikontrol :

1. Level cairan air
2. Level cairan minyak

Bila separator sistem 2 phasa, maka hanya memisahkan cairan dan gas sehingga yang dikontrol level cairan minyak saja.

Interface Level Control With Oil Chamber

Interface Level Control

Level / Permukaan Cairan

1. Level cairan diatur memakai level controller dan level control valve (LCV) 
2. Apabila terjadi emergency, valve akan menutup (fail closed) è Cairan tidak habis
3. Level cairan biasanya ditengah-tengah separator
4. Bila level terlalu rendah,kemungkinan gas bisa masuk ke liquid outlet
5. Bila terlalu tinggi, liquid bisa masuk ke gas outlet

Pneumatic Level Controller

1. Bekerja pada tekanan supply 20 psi (untuk keluaran 3–15 psi) atau
2. 35 psi (untuk keluaran 6-30 psi). 
3. Problem utama adalah tersumbatnya saluran kapiler oleh supply udara yang mengandung air atau oli.
4. Mempunyai setting dial untuk menentukan nilai set point yang diinginkan, serta tombol PB (proportional band) untuk mengatur cepat-lambatnya bukaan valve (gain). 
5. Controller lain yang memiliki karakterisitik ini adalah pressure controller pada gas outlet.
6. Hal yang harus diperhatikan adalah tekanan supply yang diatur oleh air regulator jangan melebihi nilai yang dibolehkan pabrik yaitu 45 psi.

Untuk mencegah agar tidak terjadi, maka dipasang :

1. Level switch high (LSH), agar cairan tidak naik terus
2. Level switch low (LSL) agar cairan tidak turun terus
3. Bila P di separator turun terus dan mencapai “setting low” dari PSHL,SDV closed
4. Dengan prinsip yang sama, apabila level naik / turun terus, maka SDV closed ESD

Pressure Safety Valve

1. Pressure switch adalah pengaman agar tekanan abnormal di separator tidak terjadi
2. Baik yang terlalu tinggi / rendah 
3. Dengan cara menutup aliran ke separator (bila pressure control gagal dalam mengontrol tekanan)
4. Pressure switch mempunyai 2 (dua) sensor è “PSH” dan “PSL”
5. Apabila setting dari pressure switch tercapai, maka è SDV bekerja dan separator terhindar dari bahaya
6. Bahaya yang sering timbul adalah bahaya tekanan yang berlebihan.

Tekanan Separator pada Kondisi Normal Operasi

Cara Kerja High Pressure Switch

High Pressure Switch

1. Bila tekanan naik mencapai set point, maka tekanan akan mendorong keatas switch
2. Arus listrik tersambung è berubah ke posisi closed
3. Alarm control berbunyi, kemudian control room panel mengaktifkan S/D

Cara Kerja Low Pressure Switch

1. Bila pressure turun mencapai set point, spring tidak ada yang menahan sehingga pressure switch low bergerak kebawah, 
2. Arus listrik tersambung, mengaktifkan alarm di control room panel shutdown

Low Pressure Switch

Level Switch

1. Level switch berfungsi agar level cairan didalam separator tidak berubah terlalu tinggi / rendah
2. Level switch berfungsi bila control valve gagal mengontrol tinggi level cairan
3. Tinggi level cairan dapat dimonitor dari sight glass 

Level switch ada 2 (dua):

1. Level switch high, untuk mencegah terjadinya high level
2. Level switch low, untuk mencegah terjadinya low level di separator
3. Level switch terdiri dari 2 (dua) floater dan 2 (dua) buah switch.Switch terdiri dari “level switch high” dan “level switch low”

Cara Kerja Low Level Switch

1. Saat floater naik hingga mencapai set point high level, dan High Level posisi closed, arus listrik tersambung è mengaktifkan shutdown
2. Saat floater turun hingga mencapai set point low level, dan low level switch posisi closed, arus listrik tersambung è mengaktifkan shutdown

Low Level Switch

Faktor-faktor yang mempengaruhi pemisahan fluida:

1. Viskositas fluida
2. Densitas minyak dan air
3. Tekanan pada separator
4. Waktu (retention time, dari saat fluida masuk ke separator sampai fluida keluar)
5. Komposisi dari hydrocarbon (c1 - c7)
6. Temperatur
7. Luas penampang dari separator

Prosedur Start Up, Shutdown, Operasi Rutin

Prosedur Start-up

1. Periksa & pastikan level controller dan pressure controller dalam keadaan baik, dengan mencoba mengoperasikan untuk posisi naik dan turun
2. Cek gas outlet dan liquid outlet apakah arah aliran sudah benar 

a.Jika didalam separator ada udara, keluarkan terlebih dahulu udara dalam separator (purging) 

1. Buka vent valve
2. Isi separator dengan air (produced water) sampai penuh (sampai keluar ke vent valve tetapi tidak keluar ke outlet gas)
3. Tutup vent valve
4. Buang air lewat drain, dan buka valve - 5 pelan-pelan
5. Sisakan air sampai levelnya ditengah-tengah sight glass yang atas dan tekanan sampai ± 30 Psi
6. Tutup drain valve
7. Drain pipa outlet gas melalui orifice meter flange, kalau mungkin air masuk ke outlet gas
8. Buka inlet stream pelan-pelan

Separator Start Up

b. Jika didalam separator tidak ada udara

1. Buka inlet stream pelan-pelan, sampai liquid level mencapai setengah sight glass yang atas.
2. Buka valve - 2 dan atur level controller
3. Atur level controller dan pressure controller untuk mendapatkan level dan tekanan operasi yang stabil.

Operasi Rutin Production Separator

1. Pengecekan operasi secara rutin adalah observasi perubahan permukaan, tekanan, temperatur dan instrument flow control untuk mengetahui apakah bekerja pada range yang ditetapkan.
2. Gerak-gerakkan control valve (buka dan tutup) untuk mengetahui control valve membuka / menutup tanpa hambatan
3. Sight glass harus di drain secara periodik untuk membersihkan scale, parafine atau kotoran.
4. Separator harus sering di drain secara rutin, untuk mengeluarkan endapan pasir atau lumpur atau partikel-partikel padatan dibagian bawah separator yang akan mengurangi kapasitas separator.

Production Separator

Prosedur Mematikan (Shut Down) Production Separator

1. Tutup inlet stream (valve –1)
2. Tutup valve liquid outlet (V-2) untuk mencegah cairan bocor keluar
3. Jika bejana harus dikosongkan, buka saluran by pass (valve – 4) pada level control valve, atau mengatur level controller sehingga level control valve tetap membuka sampai bejana kosong. Tutup valve – 2 dan 4 setelah cairan dalam bejana habis.
4. Jika tekanan separator perlu dikosongkan maka tutup block valve pada pipa outlet gas (valve – 5)
5. Mengurangi tekanan bejana dengan mem-buka vent valve
6. Jika tidak ada rencana perbaikan separator sisakan tekanan sedikit dalam separator, sehingga apabila ingin menghidupkan (start up) tidak perlu melakukan purging

Shut Down Separator

Pemeliharaan Separation

1. Inspeksi secara periodik, baik bejana maupun pipa-pipanya terhadap korosi, scale dan parafin
2. Pemasangan alat-alat keselamatan, semua dihubungkan secara langsung dengan bejana (tanpa perantara).Dalam pemasangan safety valve harus diarahkan ketempat penjaga (yang mudah didengar)
3. Benda-benda yang biasa mengendap pada mist extractor misalnya scale dan parafin, akibatnya mengurangi efisiensi mist extractor
4. Kalau fluida dari sumur mengandung cairan korosif, maka harus diadakan inspeksi visual secara periodik
5. Inspeksi visual ialah meneliti bagian-bagian dari luar pada sambungan yang memungkinkan terdapat kebocoran.
6. Setiap 6 (enam) bulan sekali man hole dibuka untuk mengecek dan membersihkannya dari scale dan parafin. Endapan parafin bisa terdapat pada inlet, outlet atau dinding lubang.
7. Endapan pasir atau lumpur atau partikel-partikel padatan biasanya mengendap dibagian bawah. Dan akan mengurangi kapasitas dari separator. Untuk itu harus sering di drain.