Tank Vacuum vs Tank Venting

Rangkuman Diskusi Mailing List Migas Indonesia – Februari 2005

Pertanyaan : Edfarman

Mohon pencerahan,

Design tank berdasarkan API 650, mengatur tank dengan kondisi small internal pressure (Appendix F). Saya tidak dapatkan referensi untuk kondisi small external pressure. Jika ada requirement untuk kondisi vacuum (missal -0.5 Psig), maka saya harus siapkan semacam tank venting (Breather Valve) dengan dua setting point (Presure and Vacuum setting). Untuk yang pressure, saya bisa check ke API 650 App. F untuk menentukan maximum design pressure values, lalu set Setting Pressure di bawah nilai terendah (assumed maximum 70% of the lowest) sebagai tank MAWP.

Pertanyaannya:a. Untuk yang Vacuum -barangkali (CMIIW)- saya bisa set di atas -0.5 Psig (misal: -0.3 Psig), namun saya harus meyakinkan bahwa tangki akan bertahan pada kondisi tersebut, apa dan bagaimana perhitungannya? Bisakah perhitungan dilakukan dengan asumsi pressure vessel? Apa referensi yang bisa saya pelajari untuk detail tentang MAWV (Maximum Allowable Working Vacuum) pada tangki?

b. Jika tidak ada requirement vacuum design, namun tank tetap harus diberi Breather Valve (Inbreathing and Outbreathing). Logikanya tank minimum pressure adalah 0 psig (atm) (or equal to 14.7 psia). Apakah setting vacuum Breather Valve harus di 0 psig atau bisa lebih kecil dari 14.7 psia (< 0 psig)? Pertimbangan safety biasanya setting point harus lebih besar, jadi harus lebih dari 0 psig. Jika begitu BV saya mungkin tidak pernah beroperasi dong? - mubazir - sehingga sebaiknya pasang Pressure Relief (Outbreathing) saja. Apakah reason tsb cukup untuk mengganti Breather Valve jadi Pressure Relief?

Terimakasih sebelumnya untuk setiap advise dari forum ini.

Tanggapan 1 : Alvin Alviyansyah

Bisa dibaca di API-2000 sebagai referensi utk kondisi design yang anda maksudkan, sometimes in NFPA 30 but it was not clear enough.

Hati-hati bila bermaksud merubah breather valves langsung menjadi Pressure Relief. Sebagai tambahan informasi saya tuliskan sbb. :

A Breather valve for a tank requiring IN-breathing and OUT-breathing is normally called a Conservation valve. Such a valve consists of a vaccum valve + a pressure valve as indicated earlier. A Breather valve is required for thermal changes. Instead of calling them VALVES, we normally call then VENTS.

Breather Valve = Pressure Relief Valve + Vacuum Relief Valve

A breather vent, conservation vent, pressure vent, or vacuum vent (or substitute

valve for vent) are all designed in a similar way. They usually have either a weighted pallet or the pallet is spring loaded. Therefore, there is not a techical difference between them.

R/V's (relief valves) are more expensive, and have a huddling chamber which permits the valves to pop open. R/V's are a sonic flow device in that sonic flow normally occurs at the orifice, Vents or valves with pallets are a sub-sonic device.

For API desinged tank we use pallet-like devices, for ASME vessels, piping and other process installation we use relief valves, rupture disks or rupture pins - usually in that order.

For relief devices used for API tanks, there is no difference between breather valves and Pressure/Vaccuum valves. Pressure and Vaccuum valves are separate devices, however, that may be used for breathing purposes or for other relief scenarios. A conservation valve, however, is a breather valve for both pressure and vaccuum that is contained in one housing.

At the Low Pressures you refer to such values, the Relief Valve/Vent will be almost always be weight loaded. It is not economically feasible to manufacture a spring for such a low pressure. Also Sonic Flow only occurs at pressures greater than 15 psig (30 psia). Therefore, there is no reason to install a PRV when a simple conservation vent will suffice.

Tanggapan 2 : Djohan Arifin

Mau nambahin dikit barangkali dapat memperjelas

Pressure Safety / Relief valve (PSV) dipakai untuk overpressure protection pada pressure vessels (design pressure >20 psig), dengan cara releasing pressure dengan bukaan pada valve seat.

Sedang pressure / vaccuum relief valve (juga = PSV, suka disebut breather valve)dipakai untuk melindungi low pressure vessels (design pressure <20 psig) biasanya berupa tanks (misal crude oil storage), dengan cara releasing pressure jika tekanan berlebih (outbreath) atau sucking air jika tekanan kurang dari set point. Kalau over pressure bikin vessel pecah, vaccuum pressure bisa bikin tanki collapse (bahasa Jermannya kempot).

Set pressure tergantung dari designnya, biasanya Process Engineer atau Mechanical Engineer yang mendesign dapat memberikan angkanya, seingatku sekitar 0.5 psig. Untuk vaccuum setpointnya lebih rendah dari operating pressure.

Operating pressure dari tanki dijaga dengan memberikan gas purging complete dengan purging valves (biasanya menggunakan regulator dan relief valve = PCV). Pengisian dan pengosongan tanki mengakibatkan perubahan level didalam tanki sekaligus volume purging gas dibagian atas tanki. Pengisian mengurangi volume gas dan menaikkan tekanan, relief valve (PCV) membuka untuk mengurangi pressure.

Sedang pengosongan akan mengurangi pressure, lalu purging regulator valve membuka sehingga purge gas masuk kedalam tanki sampai pressure stabil lagi. Jika terjadi upset, karena purging valves tidak bisa mengimbangi kecepatan pengisian

atau pengosongan tanki, maka breather valve (PSV) akan bekerja (in atau out breath) memproteksi tanki sesuai dengan efeknya.

Tanggapan 3 : DAM

Pak Djohan,Berdasarkan ISO-10418, Petroleum and Natural gas Industri - offshore production installations - basic surface process safety systems, pada Tabel B.8: PSV diperbolehkan tidak dipasang di suatu pressure vessel jika "An input source has a pressure greater than the MAWP of the vessel and the vessel equipped with a system meeting the requirements of IEC-61511-1" jadi ISO membebaskan user dalam penggunaan PSV ini jika pressure vessel telah memmnuhi kriteria IEC-61511-1, hal ini sesuai dengan konsep LOPA, dimana kita bisa meniadakan penggunaan salah satu sistem proteksi jika memang integrity levelnya memenuhi target valuenya

Tanggapan 4 : Edfarman

Terimakasih untuk tanggapan-tanggapan yang diberikan.

BTW, saya ingin klarifikasi statement dari Pak Johan berikut "Untuk vaccuum setpointnya lebih rendah dari operating pressure".Bukankah jika kita bicara tentang MAWP(pressure) dan WAWV(acuum), maka akan ada operating pressure (positive pressure) dan operating vacuum (negatif pressure),logika design yang benar untuk venting system, bukankah:Setting Pressure setpointnya lebih rendah dari operating pressure, danSetting Vacuum setpointnya lebih tinggi dari operating vacuum? Please CMIIW.

However, saya masih ada satu pertanyaan yang belum terjawab,Bagaimana kita mendesign/mengetahui ketahanan tangki terhadap kondisi vacuum?Bukankah dari situ kita bisa setpoint yang aman untuk vacuum denganmengkondisi set venting yang lebih tinggi (arah positif), sehingga tangkitidak akan collapse (atau meminjam Bahasa Jerman Pak Johan jadi kempot :) )krn terbebani kondisi vacuum melebihi ketahanannya?

Tanggapan 5 : Pulung Bimantoro

Balik lagi ke filosofinya, sebenarnya jenis atmospheric tank dimana tekanan di dalamnya diusahakan mendekati tekanan atmospher.Tetapi karena fluida yang ada didalam tidak boleh bersentuhan dengan udara bebas, maka diberi gas blanket / selimut. Biasanya gas yang digunakan adalah nitrogen, dan ada beberapa menggunakan hydrocarbon gas.Biasanya pengaturan tekanan didalamnya diatur oleh tank blanketing regulator(untuk in-breath) dan vapor recovery regulator/ relief (untuk out-breath).

Sebenarnya Breather valve (Pressure/Vacuum relief valve) adalah tingkat pertama savety devices, sedangkan yang kedua adalah Emergency vents. Nah, sebaiknya tekanan operating didalam tangki serendah mungkin, kira-kira

0.5 inch w.c. atau 0.018 psig. dan tekanan reliefnya ( out-breath ) sekitar1-2 inch w.c. ; sehingga densitas gas blenket sangat rendah, artinya akanmengirit konsumsi gas blanket.

Biasanya outlet dari reliefnya diconnect ke Vapour recovery unit (VRU)supaya pressure drop across relief menjadi tinggi dan size nya jadi lebihkecil. Karena tekanan yang rendah tadi, makanya Breather Valve settingnya bisasangat rendah, sekitar 12 inch w.c. dan vacuum nya sekitar -10 inch w.c.

Tanggapan 6 : Alvin Alviyansyah

One project experience that i remember using low pressure/vaccuum setting as per Pak Pulung determined before, it was a good input on this discussion. But, If you are still worried about your breather valves installation, let me give you more idea as below : Yes, certainly, a breather valve can fail, so few ounces above is set a blow off hatch to prevent any excess in vaporization and/or missoperation of breather valve.

Normally storage tanks can have three relief on them:1. vacuum relief for content pump out.2. pressure relief for fluid filling3. fire/emergency/detonation relief for hi volume discharge during emergency conditions.

A pressure vessel is designed for 15 psig or more, an API620 tank is designed for lower pressures (2.5-15 psig); and an API650 tank is designed for atmospheric pressures (considered less than 2.5 psig or about 69 INWC). API tanks when designed for an internal pressure may also need an anchor design to keep the tank on the ground in the presence of internal pressure.

May be you can test on sizing those breather valves by software on :

http://www.grothcorp.com/dwnload.htm ---> Allows you to download the software after registering on line

http://www.protectoseal.com <http://www.protectoseal.com/> ---> Asks for details so that the software can be (snail) mailed

Hope this will be usefull for your application

Tanggapan 7 : Djohan Arifin

Set point untuk pressure relief ya lebih tinggi dari operating pressure, kalau nggak kan keluar terus itu blanket gas selama operasi. Sebaliknya yang vaccuum set point lebih rendah dari operating pressure, otherwise udara masuk terus selama operasi. Stelah terjadi upset (high pressure atau vaccuum > set point) mulailah breather valve bekerja.

Untuk design tank (baik proses maupun mechanicalnya) ada standard di API, cuman

aku gak inget nomor berapa, mungkin yang lain bisa menjawab.

Soal angka 20 psig, mohon maaf gak bisa konfirmasi dari mana karena waktu nulis gak pakai referensi, jika ada yang punya API bisa dicek batas antara pressure vessel dan tank design. Angka tersebut tidak penting dalam diskusi ini, jika ingin mendesign yaa harus pakai referensi yang benar.

Untu pak DAM Crooth Crooth, anda benar untuk kondisi tertentu kita tidak memerlukan PSV, uraian sebelumnya adalah tentang definisi dan aplikasi breather valve. Sorry jika belum dapat menjawab semua pertanyaan.

Tanggapan 8 : DAM

Pak Pulung, Apa dasar anda mengatakan: "Sebenarnya Breather valve (Pressure/Vacuum relief valve) adalah tingkatpertama savety devices, sedangkan yang kedua adalah Emergency vents." ?????

Menurut saya

level pertama safety adalah process/mechanical design dari tangki itu sendiri, apakah flexible roof tank, fixed roof tank atau lainnya

level kedua adalah Basic Process Control System, yang untuk tanki antara lain biasanya didesain dengan menambahkan degassing boot, control valve untuk melindungi tangki dari overpressure atau recycle system pada pompa di downstream tanki untuk melindungi vacuum

level ketiga adalah alarm yang biasanya di trigger dari LAL atau LAH

level keempat adalah safety instrumented system (jika perlu) dengan menambahkan SDV pada inlet dan outlet line

level kelima barulah vent valve (breather valve), VPSV, hatch dll

level keenam adalah FPP, dikes, secondary containment, bundwall, fire detection system

level ketujuh adalah plant emergency response

level kedelapan adalah community emergency response...

saya kira anda terlalu terburu-buru mengatakan breather valve sebagai tingkat pertama safety device.... dalam konsep LOPA, "safety device" tidaklah melulu berarti peralatan instrumentasi...