Dalam kimia fisik, mineralogi, dan teknik material, diagram fase adalah sejenis grafik yang digunakan untuk menunjukkan kondisi kesetimbangan antara fase-fase yang berbeda dari suatu zat yang sama. Dalam matematika dan fisika, diagram fase juga mempunyai arti sinonim dengan ruang fase.Daftar isi[tampilkan]

[sunting]Tinjauan Komponen-komponen umum diagram fase adalah garis kesetimbangan atau sempadan fase, yang merujuk pada garis yang menandakan terjadinya transisi fase. dari campuran kristal dan cairan. [sunting]Tipe-tipe

d

iagaram fase[sunting]Diagram

fase 2D

Diagram fase yang paling sederhana adalah diagram tekanan-temperatur dari zat tunggal, seperti air. Sumbu-sumbu diagram berkoresponden dengan tekanan dan temperatur. Diagram fase pada ruang tekanan-temperatur menunjukkan garis kesetimbangan atTitik tripel adalah titik potong dari garis-garis kesetimbangan antara tiga fase benda, biasanya padat, cair, dan gas. Solidus adalah temperatur di mana zat tersebut stabil dalam keadaan padat. Likuidus adalah temperatur di mana zat tersebut stabil dalam keadaan cair. Adalah mungkin terdapat celah di antara solidus dan likuidus; di antara celah tersebut, zat tersebut terdiri au sempadan fase antara tiga fase padat, cair, dan gas.

Diagram fase yang umum. Garis titik-titik merupakan sifat anomali air. Garis berwarna hijau menandakan titik beku dan garis biru menandakantitik didih yang berubah-ubah sesuai dengan tekanan.

Penandaan diagram fase menunjukkan titik-titik di mana energi bebas bersifat non-analitis. Fase-fase dipisahkan dengan sebuah garis non-analisitas, di mana transisi fase terjadi, dan disebut sebagai sempadan fase. Pada diagaram sebelah kiri, sempadan fase antara cair dan gas tidak berlanjut sampai tak terhingga. Ia akan berhenti pada sebuah titik pada diagaram fase yang disebut sebagai titik kritis. Ini menunjukkan bahwa pada temperatur dan tekanan yang sangat tinggi, fase cair dan gas menjadi tidak dapat dibedakan[1], yang dikenal sebagai fluida superkritis. Pada air, titik kritis ada pada sekitar 647 K dan 22,064 MPa (3.200,1 psi) Keberadaan titik kritis cair-gas menunjukkan ambiguitas pada definisi di atas. Ketika dari cair menjadi gas, biasanya akan melewati sebuah sempadan fase, namun adalah mungkin untuk memilih lajur yang tidak melewati sempadan dengan berjalan menuju fase superkritis. Oleh karena itu, fase cair dan gas dapat dicampur terus menerus.

Sempadan padat-cair pada diagram fase kebanyakan zat memiliki gradien yang positif. Hal ini dikarenakan fase padat memiliki densitas yang lebih tinggi daripada fase cair, sehingga peningkatan tekanan akan meningkatkan titik leleh. Pada beberapa bagian diagram fase air, sempadan fase padat-cair air memiliki gradien yang negatif, menunjukkan bahwa es mempunyai densitas yang lebih kecil daripada air. [sunting]Sifat-sifat termodinamika lainnya Selain temperatur dan tekanan, sifat-sifat termodinamika lainnya juga dapat digambarkan pada diagram fase. Contohnya meliputi volume jenis, entalpi jenis, atau entropi jenis. Sebagai contoh, grafik komponen tunggal Temperatur vs. Entropi jenis (T vs. s) untuk air/uap atau untuk refrigeran biasanya digunakan untuk mengilustrasikan siklus termodinamika seperti siklus Carnot dan siklus Rankine. Pada grafik dua dimensi, dua kuantitas termodinamika dapat ditunjukkan pada sumbu horizontal dan vertikal. Kuantitas termodinamika lainnya dapat diilustrasikan dengan bertumpuk sebagai sebuah deret garis atau kurva. Garis-garis ini mewakili kuantitas termodinamika pada nilai konstan tertentu.

Diagram fase temperatur vs. entropi jenis untuk air/uap. Pada area di bawah kubah, air dan uap berada dalam keadaan kesetimbangan. Titik kritisnya ada di atas kubah. Garis/kurva biru adalah isobar yang menunjukkan tekanan konstan. Garis/kurva hijau adalah isokor yang menunjukkan volume jenis konstan. Garis merah menunjukkan kualitas konstan

[sunting]Diagram

fase 3D

Adalah mungkin untuk membuat grafik tiga dimensi (3D) yang menunjukkan tiga kuantitas termodinamika. Sebagai contoh, untuk sebuah komponen tunggal, koordinat 3D Cartesius dapat menunjukkan temperatur (T), tekanan (P), dan volume jenis (v). Grafik 3D tersebut kadang-kadang disebut diagram P-v-T. Kondisi kesetimbangan akan ditungjukkan sebagai permukaan tiga dimensi dengan luas permukaan untuk fase padat, cair, dan gas. Garis pada permukaan tersebut disebut garis tripel, di mana zat padat, cair, dan gas dapat berada dalam kesetimbangan. Titik kritis masih berupa sebuah titik pada permukaan bahkan pada diagram fase 3D. Proyeksi ortografi grafik P-v-T 3D yang menunjukkan tekanan dan temperatur sebagai sumbu vertikal dan horizontal akan menurunkan plot 3D tersebut menjadi diagram tekanan-temperatur 2D. Ketika hal ini terjadi, permukaan padat-uap, padat-cair, dan cair-uap akan menjadi tiga kurva garis yang akan bertemu pada titik tripel, yang merupakan proyeksi ortografik garis tripel.

PETROLEUM PRODUCTION SYSTEMPendahuluan Tugas utama dari seorang production engineer adalah memaksimalkan produksi minyak dan gas semaksimal mungkin dan dengan biaya yang seminimal mungkin. Sehingga pengetahuan yang mendalam tentang oil and production system menjadi sangat penting. Dan pada bagian ini kita akan mendiskusikan tentang tentang oil and gas production system. Seperti pada gambar 1.1 di bawah, suatu oil anda gas production system yang lengkap terdiri dari reservoir, well, flowline, separator, pump, dan transportation pipelines. Reservoir menyuplai wellbore dengan crude oil atau gas. Kemudian well menyediakan fasilitas untuk mentransfer oil atau gas tersebut dari bawah permukaan ke atas permukaan dan mengontrol laju produksi. Berikutnya flowline akan membawa oil or gas ke separator. Separator akan memisahkan oil, gas dan water. Pumps dan compressor digunakan untuk mentransport oil atau gas menggunakan pipelines.

Reservoir Reservoir adalah bagian dari perangkap bawah permukaan baik struktural maupun stratigrafis yang berupa bentukan (formasi) batuan batupasir atau karbonat yang bersifat porous sehingga dapat mengandung minyak/gas dan permeabel sehingga dapat mengalirkan minyak/gas tersebut. Jenis reservoir berdasarkan diagram fasa. Reservoir minyak Reservoir gas

Reservoir gas condensate (retrograde)

Adapun mekanisme pendorongan dalam seuah reservoir dapat berupa Solution gas drive Gas cap drive Water drive Segregation drive Combination

Well Sebuah well, seperti pada gambar Gambar 1.6 tersusun dari casings, tubing, packer, down-hole choke, wellhead, Cristmass tree, dan surface choke.

Separator Umumnya suatu fluida yang terproduksi dari dalam reservoir masih dalam keadaan tercampur antara oil, gas, dan air. Sehingga diperlukanlah suatu separator untuk memisahkannya. Ada 3 jenis separator yang umum dipakai dalam dunia perminyakan, yaitu : separator horizontal, separator vertical dan separator spherical. Pemilihan jenis separator yang akan digunakan ini tergantung dari keekonomian, karakteristik dari fuida yang akan dipisahkan, lokasi / ruang dimana ia kan diletakkan. Pipelines Sebagaimana telah kita ketahui, pipeline ini berfungsi untuk mentranportasikan crude oil, natural gas, dan produk turunannya dari suatu tempat ke tempat lain. Tranport dengan menggunakan pipelines ini lebih menguntungkan secara ekonomi karena ia bersifat continue, tahan lama dan dapat mentransport fluid dalam jumlah yang besar dengan rate yang relative constant.

SIFAT FISIK GAS Sifat fisik dan kimia gas sangat tergantung dari tekanan, temperature dan komposisi dari gas tersebut. Dalam kenyataannya gas selalu hadir dalam komposisi yang sangat beragam, tergantung dari asal reservoirnya. Hal ini membutuhkan perhitungan yang lebih rumit dibandingkan apabila kita hanya dengan system satu gas murni. Semakin beragam component penyusun gas maka akan semakin tidak akurat perhitungan gasnya. Beberapa persamaan korelasi antara tekanan (P), Volume (V) dan Temperature (T) disebut dengan persamaan kesetimbangan gas. Gas ideal memiliki persamaan sbb: PV = nRT Dimana P = Tekanan absolute V = Volume ruang n = Mol Gas pada P & T R = Konstanta Gas T = Temperature absolute Persamaaan diatas valid pada tekanan hingga 60 psia (500 Kpa), ketika tekanan naik diatas tekanan tersebut maka system bukan lagi berada dalam kondisi gas ideal. Persamaan gas ideal sangat terbatas sekali pemakaiannya dilapangan, hal ini disebabkan karena tidak ada gas yang merupakan gas ideal. Beberapa ilmuan mencoba mengembangkan persamaan gas ideal untuk bisa diaplikasikan dengan gas gas yang tidak ideal, antara lain : Van Der Waals, Redlick-Kwong, PengRobinson dan Benedict-Webb-Rubin. Dari berbagai persamaan yang muncul dapat di sederhanakan dalam angka kompresibilitas dimana persamaan das ideal akan menjadi PV = ZnRT Dimana Z = factor kompresibilitas = Actual volume gas / Ideal Gas volume Sifat fisik gas dijabarkan dalam parameter-parameter sebagai berikut: 1. Densitas

Densitas adalah satuan kerapatan massa gas terhadap volumenya. Densitas gas ada kalanya di sebut sebagai spesifik grafity yaitu rasio massa jenis gas terhadap udara bebas. 2. Viskositas

Nilai viskositas sangat penting dalam perhitungan persamaan aliran, adalah suatu angka yang mewakili gaya gesek yang disebabkan gaya tarik menarik dalam lapisan fluida. Satuan viskositas dalam Centipoise (cp) 1 cp = 0.01 dyne s/cm2 = 0.000672 lbm s/ft KESETIMBANGAN FASA Fasa dikelompokkan dalam tiga golongan utama yaitu: 1. Solid/ Padatan

Memiliki bentuk tetap dan keras jika disentuh Terdiri dari molekul-molekul dengan energi yang rendah yang berada dalam satu tempat yang tetap. 2. Liquid/ Cairan

Memiliki volume yang tetap tetapi bentuknya berubah-ubah Molekul memiliki energi lebih tinggi dibandingkan solid yang memungkinkan terjadinya pergerakan molekul dari satu tempat ketempat yang lain. Memiliki densitas yang lebih rendah dari solid. 3. Vapour / Gas

Tidak memiliki volum ataupun bentuk yang tetap. Molekul memiliki energi yang tinggi dan juga densitas paling rendah. Diagram Fasa Diagram fasa mencoba menjelaskan fasa yang terjadi pada suatu benda dalam kondisi Tekanan, temperature dan volume tertentu. Dengan cara ini kita bisa mengidentifikasi fasa pada keadaan lain apabila terjadi perubahan parameterparameternya. Diagram fasa bisa digambarkan dalam tiga dimensi (P.V,T) ataupun dua dimensi (P,T atau P,V) untuk menyederhadakan pembacaan. Diagram fasa disini akan meliputi diagram fasa satu komponen dan diagram fasa beberapa komponen yang merupakan fluida reservoir. Diagram Fasa Satu Komponen Dalam system satu komponen hanya tersusun atas satu jenis atom atau molekul. Diagram fasa pada system sperti ini dapat digambarkan dalam diagram PT sebagi berikut

Keterangan : 1. Vapor-Pressure line (TC) Garis yang terjadi dalam keadaan tekanan dan temperature tertentu dimana substan berada dalam fasa perpindahan antara liquid dan Gas Titik diatas garis ini mengindikasikan sebagai fasa liquid sedangkan dibawahnya sebagai Gas. Titik pada garis mengindikasikan kondisi perubahan Gas Liquid. 2. Critical Point (C ) Merupakan ujung dari vapor pressure line. 3. Critical Temperature (Tc) Temperature pada critical point Pada temperature diatas temperature ini gas tidak lagi bisa dicairkan. 4. Critical Pressure (Pc) Tekanan pada critical point Pada tekanan diatas tekanan ini fasa tidak dalam gas ataupun cairan 5. Triple Point (T) Kondisi tekanan dan temperature dimana padatan, cairan dan gas berada bersamaan dalam suatu kondisi kesetimbangan. 6. Sublimation Point Line Pada temperature dibawah triple point temperature, vapor line membagi dua fasa dalam padatan atau gas. 7. Melting Point Line Merupakan garis yang hamper vertical diatas triple point yang memisahkan kondisi fasa padatan dan cairan.

Diagram Fasa Beberapa Komponen Dalam system beberapa komponen terdapat lebih dari satu komponen penyusun, disini komposisi komponen akan sangat berpengaruh terhadap diagram yang dibentuk. Secara umum diagram PT beberapa komponen digambarkan sebagai berikut:

Bentuk dasar dari diagram ini adalah sebuah kurva tertutup yang terbagi dua dibatasi bubble point line pada satu sisi dan dew-point line pada sisi yang lainnya Keterangan: 1. Bubble Point Pressure. Kondisi tekanan pada temperature tetap dimana gas pertama kali terbentuk (Pb) 2. Dew -Point Pressure. Kondisi tekanan pada temperature tetap dimana tepat ketika semua cairan habis (Pd) 3. Critical Point Titik dimana cairan dan gas hadir bersamaan atau titik temu antara ujung bubble point line dengan dew point line. 4. Cricondenbar & Cricondentherm Tekanan dan temperature maksimum dimana cairan dan gas pertama kali hadir. Dalam gas alam pengaruh bahan pengotor akan sangat mempengaruhi bentuk dari diagram fasanya. Fraksi C7+ dalam gas alam mungkin jarang terjadi tetapi akan sangat berpengaruh pada dew-point line gas dalam diagram fasa. Air memiliki vapor pressure yang rendah dan keberadaanya tidak bercampur / immiscible dalam fasa liquid hydrocarbon, sehingga tidak banyak berpengaruh terhadap pada diagram fasanya. CO2 dan H2S keduanya memiliki cricondenbar yang rendah, jika keduanya berada dalam satu system gas maka akan menurunkan garis cricondenbar dari campuran gas tersebut. Nitrogen (N2) memiliki efek menaikan cricondenbar . Secara umum fluida reservoir terbagi menjadi 5 macam : A. Black Oil Reservoir Merupakan reservoir minyak dengan factor penyusutan yang kecil sekali. Diagram fasa dari reservoir ini sebagi berikut: 1. Memiliki temperature yang lebih rendah dibandingkan critical temperaturnya. 2. Tidak terbentuk gas didalam reservoir hingga pressure mencapai bubble point, dan akan mulai terbentuk gas. 3. Dalam kondisi reservoir fluida berada dalam bentuk cairan, seiring dengan penurunan tekanan di lubang bore maka gas akan mengembang dan lepas dari cairan minyak. Hal ini juga menyebabkan adanya penyusutan volume minyak di permukaan.

4. Pada kondisi reservoir terlihat masih terdapat cairan minyak dalam jumlah yang besar. 5. 6. 7. 8. 9. GOR awal dengan 2000 SCF/STB atau lebih rendah. GOR akan naik setelah tekanan reservoir mencapai bubble poinnya Specific graffiti minyak pada 35 API atau lebih rendah Warna gelap / hitam Faktor formasi yang tinggi Bo = 2 bbl/ STB

10. Komposisi Heptana plus mencapai lebih dari 30 mole persen. Yang menunjukkan tingginya fasa berat hydrocarbon dalam blak oil. B. Volatile Oil Reservoir Merupakan reservoir minyak dengan factor penyusutan yang besar. Diagram fasa dari reservoir ini sebagi berikut: 1. Temperature reservoir lebih rendah dari critical temperature.

2. Critical temperature lebih rendah disbandingkan black oil, mendekati temperature reservoir. 3. Sedikit penurunan pada tekanan akan menyebabkan terlepasnya jumlah gas dalam volume yang banyak. 4. Pada kondisi separator akan terdapat lebih banyak gas dalam separator dibandingkan black oil. 5. 6. 7. 8. 9. GOR awal pada 2000 hingga 3300 scf/STB GOR akan naik sebanding dengan penurunan tekanan reservoir. 40 API atau lebih Warna coklat, orange atau hijau Faktor formasi lebih tinggi dari 2 bbl/ STB

10. Komposisi heptana plus diantara 12.5 30 mole persen, dengan penyusun utama adalah ethana hingga hexane (C2-C6) C. Retrograde Gas Reservoir Juga sering disebut sebagai retrograde kondensat reservoir, dengan diagram fasa sebagai berikut: 1. 2. Temperature reservoir berada diantara critical point dan cricondentherm. Kondisi awal di reservoir merupakan gas

3. Sedikit penurunan pada tekanan akan menyebabkan mulai terbentuknya cairan pada dew point lineya. 4. 5. Pada kondisi separator akan menjadi percampuran gas dan cairan. GOR awal pada 3300 hingga 150,000 scf/STB

6. Pada GOR lebih dari 50,000 scf/STB gas memiliki cricondentherm mendekati kondisi temperature reservoir dimana terdapat sedikit sekali fasa liquid di reservoir. 7. 8. 9. 40 60 API pada kondisi stok tank Warna coklat, orange atau hijau yang lebih terang Komposisi heptana plus lebih kecil dari 12.5 mole persen.

10. Dengan reservoir seperti ini diperlukan fasilitas pengolahan fasa menengah (C3-C6) untuk dipisahkan dari gasnya. D. Wet Gas Reservoir / Gas Basah Dalam reservoir ini cairan di permukaan merupakan kondensat dan kadang juga disebut sebagai reservoir kondensat. Basah disini bukan berarti basah dari air tetapi basah sebagai keberadaan kondensat di permukaan, dalam kenyataannya reservoir ini juga mengandung air yang terlarut didalamya. 1. Keseluruhan diagram berada pada temperature yang lebih rendah dari temperature reservoir. 2. Merupakan fasa gas dalam penurunan tekanan reservoirnya.

3. Dalam kondisi separator merupakan dua fasa cairan dan gas dengan sedikit cairan di permukaan. 4. 5. 6. GOR diatas 50,000 scf/STB. 40 60 API pada kondisi stok tank seperti pada retrograde Cairan dengan warna bening

E. Dry Gas Reservoir / Gas Kering Kering disini menunjukkan gas tersusun dari fasa ringan hydrocarbon sehingga tidak terbentuk cairan dipermukaan. Biasanya cairan yang terbentuk dipermukaan justru air yang terkondensasi. 1. Keseluruhan diagram berada pada temperature yang lebih rendah dari temperature reservoir. 2. 3. Merupakan fasa gas dalam penurunan tekanan reservoirnya. Dalam kondisi separator tetap merupakan fasa gas.

4.

Tersusun atas fasa ringan (C1) methane sebagai penyusun utamanya.

SPESIFIKASI GAS Tujuan dari unit pemprosesan di permukaan adalah untuk mencapai gas sebagai suatu product yang bisa di jual dan dikirimkan. Hal terpenting dari gas yang akan di jual adalah kadar air, kandungan H2S dan Gross heating value (nilai kalor) dari gas alam. Dalam system gas alam kandungan air dan H2S harus dipisahkan dalan jumlah konsentrasi yang rendah. Kedua bahan ini akan menyebabkan korosi dalam fasilitas di permukaan. Disamping air juga berakibat pada terbentuknya hydrat. Heating value antara 950-1250 BTU/SCF. Gross heating value dari beberapa hydrocarbon sbb: Methane Ethane Propane n-Butane C1 C2 C3 n-C4 1010 BTU/SCF 1770 BTU/SCF 2516 BTU/SCF 3262 BTU/SCF

Methane sebagai penyusun utama gas biasanya memiliki porsi yang paling banyak dalam satu system gas alam justru memiliki nilai heating value yang rendah. Methane dalam system gas ada kalanya tidak dapat memenuhi permintaan standard heating value jika terdapat nitrogen atau carbon dioksida dalam jumlah yang besar. Ketika spesifikasi dew point diperhitungkan dalam kontrak penjualan maka unsur berat hydrocarbon harus dipisahkan (sebagai kondensat) dengan cara refrigerasi ataupun dengan proses cryogenic. Komposisi gas alam dapat ditentukan dengan gas chromatograph (GPA Std 2177-84). Analisa spectrographic massa juga dapat digunakan sebagai cara yang lebih komprehansif tetapi juga lebih mahal. 4. DEFINISI DALAM SYSTEM GAS 1. Gas Salah satu dari fasa yang mengisi wadahnya sesuai dengan volume dan bentuknya. 2. Gas Alam Campuran hydrocarbon ringan dalam reservoir gas yang terbentuk secara alami. Gas alam terbagi menjadi : Gas Basah : Gas dengan kandungan air yang cukup tinggi sebelum dilakukan pemisahan air di permukaan.

Gas Kering : Gas setelah melewati proses pemisahan air (dehydration ) atau kondisi gas dimana tidak terdapat air dalam fasa cairnya. Sweet gas : Gas alam dengan kandungan sulfur yang rendah sehingga bisa dipakai tanpa pemisahan dipermukaan. Sour gas : Gas alam dengan kandungan sulfur yang tinggi. Acid gas : Gas asam dengan kandungan sulfur dan karbon dioksida dalam porsi yang besar. 2. Tekanan Gaya tiap satuan leas, dalam satuan PSI atau Kpa. Tekanan Atmospheric : tekanan karena berat udara pada sea-level 14.73 PSI. Tekanan Gauge : Pengukuran tekanan lebih tinggi dari atmospheric (psig) Vacuum : Pengukuran dibawah atmospheric. Tekanan Absolute : Tekanan mutlak = psig + tekanan atmospheric 3. Volume Ruangan dalam tiga dimensi dengan satuan cubic. Volume spesifik : Volume pada kondisi tekanan dan temperature tententu. Volume standard : Volume pada kondisi standard 60 F & 14.73 psia. 4. Temperature Derajat panas atau dingin dengan skala pengukuran tertentu ( C, K, F) 5. Massa Perhitungan jumlah bahan penyusun dalam satuan Kg atau Pounds. Density : massa per satuan volume (lb/ft3) Specific gravity : rasio densitas gas/ cairan terhadap pembandingnya (udara/air) Crude oil API = (141.5/ SG)-131.5 6. Heating value Jumlah panas yang dihasilkan dari sebuah pembakaran sempurna hydrocarbon. Dalam satuan BTU (British Thermal Unit) yang setara dengan 1055,056 joule.