3 Surging Phenomena in Centrifugal Gas Compressor

7/24/2019 3 Surging Phenomena in Centrifugal Gas Compressor

http://slidepdf.com/reader/full/3-surging-phenomena-in-centrifugal-gas-compressor 1/33

Surging phenomena in centrifugal gascompressor

Surge control Concept and

instrumentation2-2



Surge

• Surge occurs at the peak pressure ofthe characteristic curve and it existsbecause of the way losses aectideal compression.

• When the compressor is in surge it isunstable and cannot perform a useful

function.• Surge is a momentary reversal of

ow in a compressor.



!henomenon of surge

• "ssume a discharge valve alone controls ow for acompressor and ow is at point #.

• When the discharge valve is closed$ the compressor isingesting more ow than the discharge valve can pass.

• !ressure rises toward point ! as the ow decreases.

• "t point !$ surge occurs and the operating point %umps

to point & with reverse ow. 'everse ow is on the left.• (he reversal of ow is accompanied by a noise that

may sound like )womp*.

• (he ow reversal causes pressure to decrease alongline & - +.

• ,orward ow re-establishes as it crosses the pressureaxis.

• (he ow at point # is larger than the ow that thedischarge valve can pass$ so pressure starts toincrease again along line # - !.

• When pressure reaches point !$ the surge processrepeats.



• !hysical geometry shape of theparts in a speci/c compressor systemdetermines its surge point.

• Surge happens when the bypassvalve malfunctions in a way thatlimits ow.



Choke

• Choke is what limits the maximum ow through thecompressor.

• Compressor physically cannot pass any more airvolume due to the losses being encountered either in

the compressor itself or in the discharge system.• (hese losses can be considered$ simply$ as resistance

to ow.

• Choke is a /xed physical limit of the compressor.

•Choke is normally not associated with damage to thecompressor as in the case of surge.

• Choke is an aerodynamic limit that causes nodamage.



Stonewall

• (he point of demarcation between theuseful range and choke has the name)stonewall*.

• (echnical de/nition of stonewall 0 (hatpoint on a characteristic curve when theow velocity reaches the speed of sound.,low near the speed of sound results in a

condition where the characteristic curve isvertical or nearly so and any increase inow stops.



1"S"' !3453('56"3

+57!'S5' C3('8,94"6



+ompresor performance

:ila kompresor dioperasikan pdputaran yang konstant

+ompresor dioperasikan pdputaran yang berubah







Kurva System

:ila gas dengan tekanan;pressure tertentu dialirkan melalui suatu sistempemipaan yang terdiri dari pipa$ valve$ elbow$ reducer serta komponensistem pemipaan lainnya$ akan ter%adi kehilangan tekanan pressure

drop sepan%ang sistem pemipaan tersebut. "pabila kita plot kurva antarapressure drop vs ow$ maka akan terbentuk kurva seperti terlihat padagambar berikut. +urva tersebut disebut system curve. !ada curve ini$pressure drop terdiri dari 2 komponen$ yaitu static pressure antara duatitik sebagai titik acuan dan dynamic pressure drop sebagai akibat dariadanya friksi aliran sepan%ang sistem pemipaan antara kedua titik acuan

tersebut. Static pressure bernilai tetap dan tidak bergantung padaaliran;ow an melalui s stem$ sebalikn a d namic ressure dro



Titik Operasi

+etika compressor dikoneksikan dengan system$ titik operasi

operating point dari compressor tersebut dapat diperoleh denganmeletakan system curve dan compressor performance curve dalamsuatu curve. (itik perpotongan antara kedua curve tersebutmerupakan titik operasi dari compressor$ seperti terlihat padagambar berikut.

:esarnya ow dan pressureyang diberikan;dihasilkanoleh compressor bisa dibacapada titik perpotongantersebut. (itik operasi dapat

digeser;diubah dengan caramengubah system curvedari titik a ke titik b ataumengubah performancecurve dari titik a ke titik c.!rinsip inilah yang mendasari

cara ker%a compressorcontrol yaitu men%aga titik



+ontrol +ompresor

• "da beberapa %enis sistem kontrol compressorcentrifugal$ yaitu = Performance Control$ 2

Antisurge Control$ dan > Load Sharing Control.

• !erformance dan 6oad sharing control 0!engendalian kapasitas

• &adi Secara umum pengendalian +ompresorterdiri dari 2 macam 0 !engendalian +apasitas

dan "ntisurge control



!engendalian +apasitas



Suction (hrottling• +apasitas compressor dapat dikontrol dengan memanipulasi

inlet pressure !8$ yaitu dengan %alan menempatkan control valvedi suction suction throttling. .• "ndaikan pada awalnya compressor beroperasi pada titik =$

yang merupakan perpotongan antara performance curve 8 dansystem curve "$ yaitu pada ow ?$@AA lbm;hr dan dischargepressure =BA psia.

• Selan%utnya diinginkan ow berkurang men%adi $@AA lbm;hr.

• 1engan suction throttling mengubah inlet pressure !8$ berartimengubah performance curve$ dengan system curve-nya tetap.

• (itik operasi baru tersebut terletak pada system curve lama "dan performance curve baru katakan curve 888$ dengan owsebesar $@AA lbm;hr dan discharge pressure sebesar DA psia$titik >.

• &ika performance curve 8 tidak berubah$ ow sebesar $?AA

lbm;hr terletak pada titik B$ dengan discharge pressuresebesar =?A psia.

• 9ntuk mengubah;menggeser titik dengan ow sebesar $?AAlbm;hr di performance curve 8 titik B ke performance curve 888titik >$ kita harus mengurangi discharge pressure sebesar =?Apsia E DA psia F =2A psi.

• &ika compressor pressure ratio sebesar =A$ maka untuk

mengurangi discharge pressure ini diperlukan pengurangan inletpressure sebesar =2A;=A F =2 psi$ yang dilakukan dengan





1ischarge (hrotling

• +apasitas compressor dapat %uga dikontrol dengan

menempatkan control valve di discharge.• 1engan discharge throttling berarti yang diubah adalah

system curve$ sedangkan performance curvenya tetap.• 9ntuk men%elaskan prinsip ker%anya perhatikan kembali

constant speed curve pada gambar .• 7ula-mula compressor beroperasi pada titik = yang

merupakan perpotongan antara performance curve 8 dansystem curve "$ yaitu pada ow ?$@AA lbm;hr dan dischargepressure =BA psia.

• Selan%utnya dikehendaki ow berkurang men%adi $?AAlbm;hr. !ada performance curve 8$ ow sebesar $?AAlbm;hr$ terletak pada titik B yang merupakan perpotongan

dengan system curve C$ dengan discharge pressuresebesar =?A psia.• &ika system curve tidak berubah$ maka ow sebesar $?AA

lbm;hr ini di system curve " terletak pada titik >$ padapressure DA psia. 9ntuk mengubah;menggeser titik >pada curve " ke titik B pada curve C perlu penguranganpressure sebesar =?A-DAF=2A psi$ yang diperoleh dengan

menutup discharge control valve.



"ttention

• !ergeseran dari titik = ke titik 2.• (itik = merupakan perpotongan antara performance curve 8 dan

system curve "$ yaitu pada ow ?$@AA lbm;hr dan dischargepressure =BA psia. Sedangkan titik 2 merupakan perpotonganantara performance curve 88 dan system curve :$ yaitu pada ow$?AA lbm;hr dan discharge pressure =BA psia.

• +arena titik operasi baru terletak pada performance curve dansystem curve baru$ yang berbeda dengan sebelumnya$ makapergeseran ini hanya bisa dilakukan dengan %alan suction

throttling merubah performance curve dan discharge throttlingmengubah system curve sekaligus.

• +ita mulai dengan melihat perubahan system curve " ke :. ,lowsebesar $?AA lbm;hr pada curve " terletak di titik > padadischarge pressure DA psia$ sedangkan ow yang sama pada curve: terletak pada titik 2 pada pressure =BA psia$ %adi harus adapengurangan discharge pressure sebesar =BA-DAFDA psi$ yaitu

dengan menutup discharge control valve.• Selan%utnya mari kita lihat perubahan performance curve 8 ke 88.

,low sebesar $?AA lbm;hr pada curve 8 terletak di titik B yaitupada pressure =?A psia$ sedangkan pada curve 88 terletak di titik2 pada pressure =BA psia$ %adi harus ada pengurangan dischargepressure =?A-=BAFA psi. &ika compressor pressure ratio sebesar=A$ maka untuk pengurangan discharge pressure ini diperlukan

pengurangan inlet pressure sebesar A;=AF psia$ ini dilakukandengan menutup suction control valve.



8nlet 4uide Gane

• 1alam metode ini$ inlet pressure;ow diubah-ubah denganmengatur guide vane yang terletak pada inlet compressor. &adiprinsip ker%anya sama dengan inlet throttling$ yaitu mengubahperformance curve. +euntungan guide vane dibandingkandengan inlet throttling adalah lebih e/sien karena pressure loss

yang ter%adi sangat kecil. "kan tetapi$ kekurangannya adalahlebih kompleks dan harganya %auh lebih mahal dibandingkandengan control valve.



Gariable Speed

"ndaikan kita mau mengubah titik operasi compressor dari = padaow ?$@AA lbm;hr dan discharge pressure =BA psia ke 2 pada ow@$DAA lbm;hr dan discharge pressure HA psia$ maka yang dilakukanadalah hanya dengan mengurangi speed compressor dari =AAImen%adi DAI. &ika hal ini dilakukan dengan suction throttling$ makainlet pressure harus dikurangi =BA-HA;=AF@ psi$ yang merupakankehilangan pressure losses di inlet control valve. 8ni sangat bertolakbelakang dengan variable speed$ dimana pengurangan speed ke DAIberarti daya yang diperlukan %uga berkurang. Jal inilah yangmerupakan keuntungan dari variable speed control dibandingkandengan suction throttling$ yaitu lebih e/sien.



Anti Surging Control

• "ntisurge control berfungsi untuk men%aga agar tidak ter%adisurging pada compressor yang sedang beroperasi$ yaitu dengan %alan men%aga titik operasinya agar selalu berada di sebelahkanan surge line

•Fixed Setpoint Antisurge Control

• Variable Setpoint Antisurge Control

• Metode lain



Fixed Setpoint Antisurge

Control • 9ntuk men%aga agar titik operasi compressor selalu berada di

sebelah kanan surge line$ yang berarti %uga men%aga agaradischarge ow selalu lebih besar dari surge owrate$ dapatdilakukan dengan mengembalikan sebagian ow dari discharge kesuction;inlet compressor$ seperti terlihat pada gambar berikut.





• 7isalnya titik operasi compressor berada pada titik = yangmerupakan perpotongan antara performance curve 8 dan system

curve "$ yaitu pada ow ?$@AA lbm;hr dan discharge pressure =BApsia.• "ndaikan setpoint antisurge control ,C adalah $DAA lb;hr.• "pabila karena sesuatu hal$ ow yang berasal dari hulu

compressor berkurang$ yang berarti suction pressure turun$ makaperformance curve akan bergeser ke bawah$ discharge pressureturun.

•

9ntuk mempertahankan discharge pressure$ performance control!C akan menutup discharge control valve$ system curve akanbergeser ke atas.

• &ika suction ow berkurang hingga $DAA lbm;hr$ maka titik operasibaru akan bergeser ke titik 2 yang merupakan perpotonganantara performance curve 88 dan system curve :$ yaitu pada ow$DAA lbm;hr dan discharge pressure =BA psia.

• &ika ow dari hulu terus turun$ maka antisurge valve akan mulaimembuka$ sehingga sebagian discharge ow akan dikembalikanke suction.

• 1engan cara ini ow yang masuk ke compressor akan di%aga pada$DAA lbm;hr$ sehingga tidak ter%adi surging$ walaupun mungkinow yang dari hulu sudah berada di bawah surge line.



Variable Setpoint Antisurge

Control • +on/gurasi /xed setpoint antisurge control mempunyai banyak

kelemahan$ diantaranya tidak e/sien karena untuk men%aga agarkondisi tetap aman pada semua kondisi operasi$ maka setpointuntuk antisurge control harus diambil cukup besar sehingga akanbanyak gas ow yang dikembalikan ke suction.

• 9ntuk meningkatkan e/siensi$ bisa sa%a setpoint controller diambiltidak terlalu besar;tidak terlalu %auh dari surge line sehingga tidakbanyak gas dikembalikan ke suction$ akan tetapi ini bisamendatangkan risiko$ yaitu apabila ter%adi perubahan kondisioperasi yang menyebabkan surge line bergesar ke kanan$ maka

bisa %adi setpoint tersebut sudah masuk ke daerah surging. • 9ntuk mengatasinya$ maka setpoint antisurge controller

dibuat tidak /xed$ tetapi berubah-ubah sesuai kondisi

operasi saat itu



Surge curve dapat dihitung diperkirakan dengan persamaan !1 E !8E +=#2!8;(8$ dengan # adalah volume owrate dan +8 merupakankonstanta. +arena head loss dierential pressure pada ori/ce hF +2#2!8;(8 maka dapat diperoleh persamaan untuk surge curve !1

E !8 F +>h . (itik operasi aman berada pada kondisi !1 E !8 K +>h $ %adi antisurge control dapat dilakukan dengan men%aga kondisi i

3ilai b adalah safetymargin yangmerupakan %arakantara surge point

dan setpoint.1engan kon/gurasiini$ setpointantisurge controltidak /x$ melainkanbergantung padakondisi operasi. &ika

surge pointnyabergerak ke kiri$maka setpointnya

%uga ikut bergerakke kiri dengan %araktetap sebesar b$dengan cara inienergy loss akibat

kebanyakan owyang dikembalikan













4abungan antara !engendalian"ntisurge dan +apasitas

• !engendalian surge$ pada umumnya dicapai dengan dua cara$ yaitudengan mengurangi rasio kompresi kompresor dengan menaikantekanan masukan atau menurunkan tekanan keluaran sertamenaikan kapasitas aliran gas ke kompresor.

• +etika valve anti surge terbuka$ maka la%u alir ke kompresor akanmeningkat$ tekanan sembur akan turun$ yang berarti akan

men%auhkan kompresor dari daerah surge. "kan tetapi$ setiap kalivalve anti surge terbuka$ maka hal tersebut berarti mengembalikangas yang sudah terkompressi ke masukan kompresor untukdikompresi kembali. Lang berarti$ keadaannya tidak e/sien danmembuang energi.

• (u%uan pengendalian surge dan kapasitas haruslah mendukungusaha-usaha untuk meminimasi praktek-praktek pembuanganenergi. &adi$ pengendalian surge harus tetap tangguh dan cepat$tanpa mengorbankan prinsip e/siensi energi$ terutama %ikakompresor beker%a pada daerah yang dekat surge

• Salah satu cara yang relatif terkenal guna berkompromi dengan haltersebut di atas$ adalah dengan memasang valve tambahan$ yangdikenal sebagai plant recycle valve atau station recycle valve.:ahkan ada yang menyebutnya hanya dengan recycle valve$ yangterkadang men%adi rancu dengan valve anti surge.



Documents

3 Surging Phenomena in Centrifugal Gas Compressor