Loading documents preview...
PROPOSAL TUGAS AKHIR ANALISA SILICA SCALING PADA PIPA INJEKSI SUMUR GEOTHERMAL LAPANGAN KAMOJANG Diajukan Guna Melengkapi Syarat Dalam Mencapai Gelar Sarjana Teknik Perminyakan Pada Fakultas Teknik Universitas Islam Riau
ANNISA RAHMAWATI 123210449
PROGRAM STUDI TEKNIK PERMINYAKAN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS ISLAM RIAU PEKANBARU 2016
Pekanbaru, 26 Agustus 2016 Hal
: Pengajuan Tugas Akhir
Kepada Yth, Bapak Ir. H. Abd. Kudus. Z, MT Di Pekanbaru Assalamu’alaikum Wr. Wb Teriring salam dan do’a semoga bapak dalam keadaan sehat wal’afiat dan selalu sukses dalam melaksanakan aktivitas. Saya bertanda tangan di bawah ini : Nama
: ANNISA RAHMAWATI
NPM
: 123210449
Dengan ini, ingin mengajukan Tugas Akhir dengan judul sebagai berikut : ANALISA SILICA SCALING PADA PIPA INJEKSI SUMUR GEOTHERMAL LAPANGAN KAMOJANG Sebagai bahan pertimbangan saya lampirkan: 1. Proposal permohonan Tugas Akhir 2. Fotokopi Transkip Nilai 3. Fotokopi kwitansi uang SPP Demikianlah surat ini Saya buat semoga Bapak dapat menyetujui permohonan ini. Atas perhatian Bapak Saya ucapkan terimakasih. Hormat Saya
Annisa Rahmawati
Pekanbaru, 26 Agustus 2016 Hal
: Kesediaan Pembimbing
Kepada Yth, Ketua Program Studi Teknik Perminyakan Fakultas Teknik – Universitas Islam Riau Di Pekanbaru Assalamu’alaikum Wr. Wb Kami yang bertanda tangan di bawah ini : 1. Novrianti, ST.,MT 2. Muhammad Ariyon, ST.,MT Menyatakan bersedia menjadi Dosen Pembimbing I & II untuk penyusunan Tugas Akhir dari mahasiswa berikut : Nama
: ANNISA RAHMAWATI
NPM
: 123210449
Judul
: ANALISA ANALISA INJEKSI
SUMUR
SILICA SCALING GEOTHERMAL
PADA
PIPA
LAPANGAN
KAMOJANG Demikianlah surat ini kami buat, atas kerjasamanya kami ucapkan terimakasih. Hormat kami, Dosen Pembimbing I
NOVRIANTI, ST.,MT
Dosen Pembimbing II
MUHAMMAD ARIYON, ST.,MT
Pekanbaru, 26 Agustus 2016 Hal
: Pengajuan Tugas Akhir
Kepada Yth, Ibu Ira Herawati, ST. MT Di Pekanbaru Assalamu’alaikum Wr. Wb Teriring salam dan do’a semoga Ibu dalam keadaan sehat wal’afiat dan selalu sukses dalam melaksanakan aktivitas sehari-hari. Saya bertanda tangan di bawah ini : Nama
: ANNISA RAHMAWATI
NPM
: 123210449
Dengan ini, mengajukan permohonan Tugas Akhir dengan judul sebagai berikut : ANALISA SILICA SCALING PADA PIPA INJEKSI SUMUR GEOTHERMAL LAPANGAN KAMOJANG Adapun sebagai dosen pembimbing Tugas Akhir saya adalah Pembimbing I
:
Pembimbing II
:
Demikianlah surat ini Saya buat semoga Ibu dapat menyetujui permohonan ini. Atas perhatian Ibu saya ucapkan terimakasih. Menyetujui,
Hormat Saya
Ketua Program Studi
Ira Herawati, ST.MT
Annisa Rahmawati
Pekanbaru, 26 Agustus 2016 Hal
: SK Pembimbing Tugas Akhir
Kepada Yth, Ka. Prodi Teknik Perminyakan Fakultas Teknik – Universitas Islam Riau Di Pekanbaru Assalamu’alaikum Wr. Wb Teriring salam dan do’a semoga ibu dalam keadaan sehat wal’afiat dan selalu sukses dalam melaksanakan aktivitas. Saya bertanda tangan di bawah ini : Nama
: Annisa Rahmawati
NPM
: 123210449
Dengan ini, ingin mengajukan judul Tugas Akhir, dengan judul sebagai berikut: ANALISA SILICA SCALING PADA PIPA INJEKSI SUMUR GEOTHERMAL LAPANGAN KAMOJANG Sebagai bahan pertimbangan saya lampirkan: 1
Proposal permohonan Tugas Akhir
2
Fotokopi Transkip Nilai
3
Fotokopi kwitansi uang SPP
Demikianlah surat ini Saya buat semoga Ibu dapat menyetujui permohonan ini. Atas perhatian Ibu saya ucapkan terimakasih. Menyetujui,
Hormat Saya,
Dosen Pengasuh
Ir. H. Ali Musnal, MT
Annisa Rahmawati
Pekanbaru, 26 Agustus 2016 Hal : Permohonan Pelaksanaan Tugas Akhir Kepada: Human Resource Department PT. Pertamina Geothermal Energy Area Kamojang Di – Tempat Dengan Hormat, Bersama surat ini saya doakan semoga Bapak/Ibu berada dalam lindungan Allah SWT, dan selalu sukses dalam melaksanakan aktivitasnya. Saya yang bertanda tangan dibawah ini : Nama
: Annisa Rahmawati
Mahasiswa : Teknik Perminyakan – Universitas Islam Riau NPM
: 123210449
Melalui surat ini saya mengajukan permohonan untuk melaksanakan Tugas Akhir di PT. Pertamina Geothermal Energy Area Kamojang, dengan topik: ANALISA
SILICA
SCALING
PADA
PIPA
INJEKSI
SUMUR
GEOTHERMAL LAPANGAN KAMOJANG Besar harapan saya agar dapat diterima untuk menyusun Tugas Akhir di Perusahaan ini dengan topik/judul tersebut diatas. Demikian surat permohonan Tugas Akhir ini saya ajukan. Atas perhatian Bapak/Ibu saya ucapkan terima kasih. Hormat saya,
ANNISA RAHMAWATI
JUDUL : ANALISA SILICA SCALING PADA PIPA INJEKSI SUMUR GEOTHERMAL LAPANGAN KAMOJANG
I. Latar Belakang Masalah Energi panas bumi merupakan energi panas yang tersimpan di dalam batuan yang berada di bawah permukaan bumi dan terkandung fluida di dalamnya. Energi panas bumi telah banyak dimanfaatkan seperti digunakan sebagai pembangkit tenaga listrik maupun sebagai pembangkit non-listrik seperti pemanasan ruangan, pemanasan air, pemanasan rumah kaca, pengeringan hasil produk pertanian, pemanasan tanah, pengeringan kayu, kertas, dan lain sebagainya. Di indonesia usaha pencarian sumber energi panas bumi sudah dilakukan bahkan sudah dimanfaatkan energinya seperti digunakan sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Panasbumi (PLTP) yang salah satunya berada di Lapangan Kamojang, Jawa Barat. Kandungan silica pada fluida produksi yang menyebabkan masalah scaling baik di sumur produksi uap panas bumi maupun pada jalur injeksi brine di lapangan panas bumi. Scaling sendiri dapat didefinisikan sebagai pembentukan endapan atau kerak yang berasal dari mineral garam terlarut dalam air pada suatu media kontak tertentu yang mengakibatkan penskalaan pada media kontak tersebut, misal pengecilan diameter dalam pipa atau bahkan penyumbatan total pada pipa. Scaling pada jalur injeksi brine menyebabkan pengecilan diameter pipa injeksi sehingga menyebabkan proses pendistribusian brine ke sumur injeksi menjadi terganggu. Scale yang terjadi pada fasilitas produksi merupakan salah satu masalah serius yang sering ditemukan pada lapangan geothermal, terutama silica scaling. Silica scaling pada pipa produksi berakibat mengurangi diameter pipa, sehingga mengurangi laju alir dan bahkan pipa dapat tersumbat sehingga harus diganti. Cara yang paling efektif untuk menangani masalah silica scaling adalah dengan
mencegah terjadinya silica scaling tersebut. Olek karena itu kajian tentang potensi silica scaling sangat diperlukan pada operasi lapangan panas bumi.
II.
Teori Dasar Fluida panas bumi adalah suatu larutan yang mengandung berbagai unsur
kimia, dimana proses pelarutannya terjadi pada kondisi reservoir, yaitu tekanan dan temperatur yang tinggi. Pada saat fluida diproduksikan, terjadi dua proses yang kondusif untuk terjadinya silica scaling, yaitu penurunan temperatur dan flashing. Penurunan temperatur menyebabkan kelarutan sebagian besar senyawa kimia termasuk silica menjadi berkurang, sedangkan flashing yang terjadi akibat adanya pressure drop akan meningkatkan konsentrasi senyawa kimia yang terlarut dikarenakan terjadinya perubahan fasa air menjadi uap. Faktor lain yang mempengaruhi pembentukan scale adalah besarnya laju alir fluida yang diproduksikan (Vetter, et al,1982). Di pembangkit listrik panas bumi, scale biasanya menempel di pipa injeksi, masalah besar di tahap awal operasi komersial, tapi itu diselesaikan dengan langkah-langkah yang diambil sesudahnya. Sekarang, scale terdapat pada cairan dan turbin uap sumur produksi panas bumi. Komponen utama dari scale adalah silika. 2.1. Jalur Pipa Injeksi (Brine) Apabila fluida dua fasa yang dihasilkan sumur-sumur produksi masuk ke dalam separator, fluida tersebut akan mengalami pemisahan menjadi uap dan air (brine). Komponen-komponen non-volatil seperti silica cenderung akan berada dalam air. Oleh karena itu, kemungkinan terjadinya silica scaling di jalur brine relatif besar, sebaliknya di jalur uap kemungkinan tersebut relatif sangat kecil. Komposisi kimia di jalur brine berbeda dengan komposisi kimia fluida dua fasa. Komposisi kimia brine dipengaruhi oleh termodinamika proses pemisahannya dan komposisi kimia fluida yang masuk ke separator. Oleh karena itu perhitungan parameter kimia dari brine harus mempertimbangkan kedua faktor tersebut. Setelah parameter yang diperlukan diketahui, maka kelarutan amorphous silica
dapat dihitung dengan prosedur seperti halnya pada butir 4.1. Potensi silica scaling dapat diketahui dengan membandingkan hasil perhitungan konsentrasi silica dalam brine dengan kelarutan amorphous silica pada kondisi yang sama. 2.2. Termodinamika pada silica Kuarsa Silica ada dalam berbagai bentuk yang berbeda; kuarsa, tridimit, kristobalit, silika amorf dan lain-lain. Kuarsa adalah bentuk dominan dari silika yang ada di alam. Batuan sekitar pada reservoir panas bumi mengandung kuarsa, dan ini mudah larut dalam air panas. Sekitar di atas 230°C, ini umumnya dianggap bahwa kuarsa berada dalam kesetimbangan antara spesies yang solid dan terlarut: SiO2(s) + 2H2O ↔ H4SiO4(aq) Kuarsa Silica acid
(1)
Reaksi di atas tergantung suhu dan mengikuti hubungan: Log c = –1309/T + 5.19
(2)
di mana c adalah konsentrasi silika di mg / kg dan T adalah suhu mutlak (K) untuk t = 0-250ºC. Kelarutan kuarsa pada tekanan uap air jenuh mencapai maksimum sekitar 340 ºC dalam air murni, dengan mengikuti hubungan eksperimental yang diperoleh Fournier. T = -42.196 + 0.28831c – 3.6685x10-4c2 + 3.1665x10-7c3 + 77.034log c
(3)
Dimana t adalah suhu dalam ºC untuk rentang suhu 20-340°C dan C adalah konsentrasi silika dalam mg/kg. Silika amorf Ketika air panas bawah tanah, itu adalah dalam kesetimbangan dengan kuarsa. Namun, bentuk silika biasanya diendapkan di permukaan adalah silika amorf. silika amorf tidak memiliki struktur kristal dan lebih larut daripada kuarsa. Kelarutan silika amorf telah diukur pada tekanan uap jenuh water. kelarutan ini diberikan oleh hubungan dan kondisi berikut seperti pada Persamaan 2: Log c = –731/T + 4.52
(4)
Perbedaan kelarutan antara silika amorf dan kuarsa memungkinkan penurunan yang cukup besar dalam suhu sebelum larutan menjadi jenuh terhadap silika amorf. Persamaan kelarutan untuk kuarsa dan silika amorf yang diberikan di atas dikembangkan pada tekanan uap jenuh air murni. Sebagai konsentrasi spesies terlarut lainnya meningkat (misalnya pada NaCl) kelarutan kuarsa dan silika amorf menurun. Kuarsa dan silika amorf adalah anggota terakhir. Ada bentuk lain dari silika, tetapi mereka umumnya kristal yang buruk. Dalam rangka peningkatan kelarutan, yaitu kuarsa, kalsedon, α-kristobalit, Opal CT, Opal A (silika amorf). Kuarsa memiliki struktur kristal di mana setiap atom silikon dikelilingi oleh empat atom oksigen. Setiap atom oksigen kemudian terhubung ke atom silikon tetrahedral lain yang terpisah dan pola berulang dalam tiga dimensi. Saat larut dalam air, molekul diskrit H4SiO4 terbentuk. Ini memiliki struktur di mana setiap atom silikon terikat tetrahedral dengan empat kelompok hidroksil. Atom hidrogen dapat memisahkan, sehingga asam silikat merupakan asam lemah: H4SiO4 ↔ H+ + H3SiO4-
(5)
dan log K untuk reaksi diberikan: log K1 = –2549/T – 15.36x10-6T2
(6)
Pada ion H3SiO4- ini sangat larut dalam air, sehingga ada peningkatan besar dalam kelarutan silika pada pH yang lebih tinggi sebagai asam silikat yang dipisahkan. Mengabaikan pengaruh kedua perintah ionisasi, kelarutan silika dapat dijelaskan oleh reaksi: SiO2 + 2H2O ↔ H4SiO4
(7)
dan kelarutan silika amorf, S, sebagai fungsi dari pH dapat dijelaskan oleh hubungan berikut: S = c [1 + {10pHK1/γ(H3SiO4-)}]
(8)
di mana c adalah konsentrasi silika amorf dalam mg/kg, K1 adalah disosiasi konstan dan γ (H3SiO4-) adalah koefisien aktivitas H3SiO4- dihitung dari persamaan Debye Huckel diperpanjang dan kekuatan ionik.
2.3. Silica scaling Scaling merupakan endapan yang berasal dari dari mineral garam dalam fluida yang mengakibatkan perubahan permukaan media yang dilalui. Pengendapan silika merupakan salah satu masalah umum yang terdapat pada fasilitas produksi uap panas bumi yang dapat terbentuk baik di area well (sumur), surface area (permukaan). Sedangkan silica scaling merupakan endapan yang terbentuk akibat proses
kondensasi fluida produksi pada lapangan panasbumi, yang mengendap pada fasilitas produksi permukaan. Hal tersebut menyebabkan terjadinya permasalahan penyumbatan pada pipa produksi (Scaling Problem) di lapangan panasbumi. Silica scaling pada jalur injeksi brine dikontrol oleh sifat kimia dan termodinamika dari silica amorphous. Pada proses injeksi brine, terjadi fenomena transfer panas ketika brine mangalir melalui pipa injeksi. Proses transfer panas yang berlangsung bersifat eksotermis (sistem melepasnpanas ke lingkungan) dikarenakan suhu brine lebih tinggi daripada suhu lingkungan. Proses transfer panas tersebut menyebabkan adanya distribusi temperature brine selama mengalir di sepanjang jalur pipa injeksi. Sifat kimia silica amorphous yang berpengaruh langsung terhadap proses pembentukan scaling adalah kelarutan jenuh (saturasi) sebagai fungsi suhu. Adanya distribusi temperatur brine selama proses injeksi brine menyebabkan kelarutan jenuh silica amorphous menurun di sepanjang jalur injeksi. Skema proses injeksi brine dimulai ketika brine telah berhasil dipisahkan oleh uap bersih pada separator. Setelah keluar dari separator, brine kemudian masuk ke silencer (atm separator) untuk mereduksi kembali fraksi uap yang terkandung. Setelah itu, brine ditampung dalam sebuah kolam penampungan (pond) dengan tujuan untuk mengurangi kadar silica terlarut di dalam brine sehingga mengurangi potensi scaling pada pipa injeksi brine ketika brine mulai didistribusikan ke sumur injeksi.
III.
Rumusan Masalah
Agar penulisan Tugas Akhir ini tidak menyimpang dari pokok permasalahan yang dianalisa, maka dalam penulisannya hanya dibatasi pada beberapa hal yang menyangkut tentang Analisa Scale pada Pipa Injeksi Sumur Geothermal Lapangan Kamojang. IV.
Maksud dan Tujuan Adapun tujuan penulisan dari Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:
1. 2. 3. 4. 5.
Mengetahui parameter yang berpengaruh terhadap proses pembentukan scale Mengetahui laju penebalan scale Mengetahui posisi scale mulai terbentuk Mengetahui cara yang tepat untuk menangani permasalahan scale Untuk memenuhi syarat dalam rangka mendapatkan gelar sarjana Teknik Perminyakan dari Jurusan Teknik Perminyakan Universitas Islam Riau – Pekanbaru.
V.
Batasan Masalah Agar penulisan ini tidak keluar dari tujuan yang diharapkan, maka tulisan
ini hanya membahas mengenai analisa scale pada pipa injeksi sumur geothermal lapangan kamojang.
VI.
Peserta Peserta Tugas Akhir ditetapkan oleh Human Resources dan People
Development PT. Pertamina Geothermal Energy Area Kamojang, maka dengan ini kami mengajukan proposal untuk melaksanakan Tugas Akhir ini dengan identitas sebagai berikut : Nama
: Annisa Rahmawati
NPM
: 123210449 Merupakan Mahasiswa Jurusan Teknik Perminyakan Fakultas Teknik
Universitas Islam Riau (UIR).
VII.
Waktu Pelaksanaan Agar pelaksanaan Tugas Akhir ini dapat berjalan optimal dan berdaya
guna selama 1 bulan, penulis mengajukan waktu pelaksanaannya pada tanggal 19 September 2016 – 20 Oktober 2016 atau disesuaikan dengan kondisi di lapangan dan jadwal yang telah diatur oleh PT. Pertamina Geothermal Energy Area Kamojang. Dengan catatan apabila dalam waktu 1 bulan tidak diterima, maka penulis berhak untuk mengajukan proposal ditempat lain. VIII. Tempat Pelaksanaan Tempat pelaksanaan Tugas akhir adalah kawasan PT. Pertamina Geothermal Energy Area Kamojang, Jawa Barat, Indonesia. IX.
X.
Rencana Pelaksanaan Penulisan Tugas Akhir No
Uraian Kegiatan
1 2 3 4 5
Orientasi lapangan/Studi Literatur Pengumpulan Data Pengolahan Data Evaluasi Hasil Perhitungan Data Pembahasan dan Kesimpulan Presentasi
1
Weekly Schedule 2 3
4
Metodologi Penelitian Penulisan tugas akhir ini dilakukan dengan pengumpulan dan penelitian
data-data pendukung, dan kemudian mengolahnya sesuai dengan teori yang didapatkan dari berbagai literatur. Setelah hasil didapat, dilakukan evaluasi data yang membawa kepada kesimpulan yang merupakan tujuan dari penelitian. X.
Penutup
Demikianlah Proposal Tugas Akhir ini saya buat, dan di ajukan untuk menjadi bahan pertimbangan penyusunan Tugas Akhir saya. Atas perhatian yang Ibu/Bapak berikan saya ucapkan terima kasih. Pekanbaru, 26 Agustus 2016 Hormat Saya,
Annisa Rahmawati
FLOW CHART TUGAS AKHIR Start
PengumpulanData : • History Lapangan • Teoridasar • Artikel, paper, jurnal, serta buku yang membahas penentuan potensi cadangan panas bumi dan daya listrik yang dapat dihasilkan.
TahapPengerjaan : • Bab I Pendahuluan • Bab II TinjauanLapangan • Bab III Teoridasar • Bab IV Evaluasi data dan perhitungan
PengolahanData : Input data (analisa)
Hasil
Kesimpulan
Finish
DAFTAR PUSTAKA Ir. Nenny Miryani Saptadji Ph.D, Teknik Panas Bumi , Fakultas Ilmu Kebumian dan Teknologi Mineral Institut Teknologi Bandung. Abu Hamid, Ahmad.2007. Kalor dan Termodinamika. Yogyakarta.