Bab 9: Pendahuluan Relief

Meskipun tindakan pencegahan banyak dalam pabrik kimia, kegagalan peralatan atau kesalahan

operator dapat menyebabkan peningkatan tekanan proses melampaui tingkat yang aman. Jika tekanan

naik terlalu tinggi, hal ini dapat melebihi kekuatan maksimum pipa dan bejana. Hal ini dapat

mengakibatkan pecahnya peralatan proses, menyebabkan kebocoran besar bahan kimia beracun atau

bahan yang mudah terbakar.

Pertahanan terhadap jenis kecelakaan adalah untuk mencegah kecelakaan di tempat pertama.

Keselamatan melekat (Inherent safety), dijelaskan dalam bab 1, adalah garis pertahanan pertama.

Garis pertahanan kedua ialah kontrol proses yang lebih baik. Sebuah upaya besar selalu diarahkan

mengendalikan proses dalam wilayah operasi yang aman. Tekanan tinggi yang berbahaya harus

dicegah atau diminimalkan. Garis ketiga pertahanan terhadap tekanan yang berlebihan adalah dengan

menginstal sistem relief untuk mengurangi cairan atau gas sebelum tekanan berlebihan

dikembangkan. Sistem relief ini terdiri dari perangkat relief dan peralatan proses terkait hilir untuk

secara aman menangani bahan yang dikeluarkan.

Metode yang digunakan untuk instalasi yang aman dari perangkat pelepas tekanan

diilustrasikan pada Gambar 8-1. Langkah pertama dalam prosedur ini adalah untuk menentukan di

mana perangkat relief harus diinstal. Pedoman Definitif tersedia. Kedua, jenis relief perangkat yang

sesuai harus dipilih. Jenisnya sebagian besar tergantung pada sifat dari bahan dibebaskan dan

karakteristik relief yang diperlukan. Ketiga, skenario yang dikembangkan yang menggambarkan

berbagai cara di mana relief dapat terjadi. Motivasinya adalah untuk menentukan flowrate massa

materi melalui relief dan keadaan fisik material (cair, uap, atau dua tahap). Selanjutnya, data

dikumpulkan pada proses pelepasan tekanan, termasuk sifat-sifat fisik dari bahan dikeluarkan, dan

sistem relief diukur. Terakhir, skenario terburuk dipilih dan desain relief akhir tercapai.

Setiap langkah dalam metode ini sangat penting untuk pengembangan desain yang aman,

kesalahan dalam langkah prosedur ini dapat mengakibatkan bencana. Dalam bab ini kami

memperkenalkan fundamental relief dan langkah-langkah dalam prosedur desain relief. Metode sizing

relief akan dibahas dalam bab 10.

Konsep Relief

Sistem pelepasan tekanan diperlukan untuk alasan berikut:

untuk melindungi personil dari bahaya peralatan overpressurizing,

untuk meminimalkan kerugian kimia selama gangguan tekanan,

untuk mencegah kerusakan pada peralatan,

untuk mencegah kerusakan properti beruntun,

untuk mengurangi premi asuransi, dan

untuk mematuhi peraturan pemerintah.

Kurva umum tekanan terhadap waktu reaksi tak terkendali diilustrasikan pada Gambar 8-2.

Asumsikan bahwa reaksi eksotermis terjadi di dalam reaktor. Jika pendinginan hilang karena

hilangnya pasokan air pendingin, kegagalan katup, atau skenario lain, maka suhu reaktor akan naik.

Karena suhu naik, kenaikan laju reaksi, yang menyebabkan peningkatan produksi panas. Mekanisme

percepatan-sendiri ini menghasilkan reaksi tak terkendali.

Tekanan di dalam reaktor meningkat karena tekanan uap meningkat dari komponen cair dan /

atau produk dekomposisi gas yang dihasilkan dari suhu tinggi. Reaksi tak terkendali untuk reaktor

komersial besar dapat terjadi dalam hitungan menit, dengan peningkatan suhu dan tekanan dari

beberapa ratus derajat per menit dan beberapa ratus psi per menit, masing-masing. Untuk kurva pada

Gambar 8-2 pendingin hilang pada t = 0.

Jika reaktor tidak memiliki sistem relief, tekanan dan suhu terus meningkat sampai reaktan

benar-benar dikonsumsi, seperti yang ditunjukkan oleh kurva C (Gambar 8-2). Setelah reaktan

dikonsumsi, generasi panas berhenti dan mendinginkan reaktor, tekanan kemudian turun. Kurva C

mengasumsikan bahwa reaktor ini mampu menahan tekanan penuh dari reaksi tak terkendali.

Jika reaktor memiliki perangkat relief, respon tekanan tergantung pada karakteristik perangkat

relief dan sifat dari cairan dibuang melalui sistem. Hal ini digambarkan oleh kurva A (Gambar 8-2)

untuk menghilangkan uap saja dan oleh B kurva untuk buih dua fase (uap dan cairan). Tekanan akan

meningkat di dalam reaktor sampai perangkat relief akan aktif pada tekanan yang ditunjukkan.

Ketika buih dibuang (kurva B pada Gambar 8-2), tekanan terus meningkat saat katup

pembebas akan terbuka. Peningkatan tekanan tambahan atas tekanan reliefan awal disebut

overpressure.

Kurva A untuk uap atau gas dibuang melalui klep pembebas. Tekanan turun segera ketika

perangkat relief terbuka karena hanya sejumlah kecil debit uap diperlukan untuk mengurangi tekanan.

Tekanan turun sampai katup menutup, perbedaan tekanan ini disebut blowdown.

Karena karakter relief dua-fasa bahan uap-cair sangat berbeda dari relief uap, sifat bahan yang

dibebaskan harus diketahui untuk merancang sistem yang tepat.

Definisi

Definisi yang umum digunakan dalam industri kimia untuk menggambarkan relief diberikan dalam

paragraf berikut.

Set pressure - Tekanan set (yang telah ditetapkan): Tekanan di mana perangkat relief mulai untuk

mengaktifkan.

Maximum allowable working pressure (MAWP) - Maksimum tekanan kerja yang diijinkan: Ukuran

tekanan maksimum yang diijinkan di atas bejana untuk suhu ditetapkan. Hal ini kadang-kadang

disebut tekanan desain. Dengan meningkatnya suhu operasi, MAWP menurun karena logam bejana

kehilangan kekuatannya pada suhu yang lebih tinggi. Demikian juga, karena penurunan suhu operasi,

MAWP menurun karena perapuhan logam pada suhu yang lebih rendah. Kegagalan bejana biasanya

terjadi pada 4 atau 5 kali MAWP, meskipun deformasi bejana dapat terjadi pada serendah dua kali

MAWP tersebut.

Operating pressure - Tekanan operasi: Ukuran tekanan selama pelayanan normal, biasanya 10% di

bawah MAWP tersebut.

Accumulation - Akumulasi: Peningkatan tekanan atas MAWP dari bejana selama proses relief. Hal ini

dinyatakan sebagai persentase dari MAWP tersebut.

Overpressure: Peningkatan tekanan dalam bejana atas tekanan yang ditetapkan selama proses relief.

Overpressure setara dengan akumulasi bila Set pressure sama dengan MAWP. Hal ini dinyatakan

sebagai persentase dari tekanan set.

Backpressure: Tekanan di outlet perangkat relief selama proses relief akibat tekanan dalam sistem

pembuangan.

Blowdown: Perbedaan tekanan antara set pressure relief dan tekanan ketika reda. Hal ini dinyatakan

sebagai persentase dari tekanan set.

Maximum allowable accumulated pressure - Maksimum akumulasi tekanan diijinkan: Jumlah MAWP

dan akumulasi yang diijinkan.

Sistem Relief: Jaringan komponen sekitar perangkat relief, termasuk pipa untuk relief, perangkat

relief, pipa pembuangan, drum KO, pembersih, suar, atau jenis lain dari peralatan yang membantu

dalam proses relief yang aman.

Hubungan antara istilah-istilah ini diilustrasikan dalam Gambar 8-3 dan 8-4.

Lokasi Sistem Relief

Prosedur untuk menentukan lokasi relief mensyaratkan untuk menelaah setiap unit operasi dalam

proses dan setiap langkah proses operasi. Insinyur harus mengantisipasi kemungkinan masalah yang

dapat mengakibatkan tekanan yang meningkat. Perangkat relief tekanan dipasang di setiap titik yang

diidentifikasi sebagai potensial berbahaya, yaitu, pada titik-titik di mana kondisi gangguan

menciptakan tekanan yang mungkin melebihi MAWP tersebut.

Jenis pertanyaan yang diajukan dalam proses peninjauan adalah:

Apa yang terjadi dengan hilangnya pendinginan, pemanasan atau pengadukan?

Apa yang terjadi jika proses terkontaminasi atau memiliki kesalahan dari katalis atau

monomer?

Apa yang terjadi jika operator membuat kesalahan?

Apa konsekuensi dari penutupan katup (katup blok) pada bejana atau jalur yang

diisi dengan cairan dan terpapar panas atau pendingin?

Apa yang terjadi jika saluran gagal, misalnya, kegagalan saluran gas bertekanan tinggi ke

dalam bejana tekanan rendah?

Apa yang terjadi jika operasi unit dilanda api?

Kondisi apa menyebabkan reaksi tak terkendali, dan bagaimana relief sistem yang dirancang

untuk menangani pelepasan sebagai akibat dari reaksi tak terkendali?

Beberapa pedoman untuk mencari lokasi relief diringkas dalam Tabel 8-1.

Contoh 9-1

Tentukan lokasi relief dalam sistem reaktor polimerisasi sederhana yang diilustrasikan pada Gambar 8-5.

Langkah-langkah utama dalam proses polimerisasi meliputi (1) memompa 100 Ib dari inisiator ke dalam reaktor

R-1, (2) pemanasan dengan suhu reaksi 240 F, (3) menambahkan monomer selama 3 jam, dan (4) pengupasan

monomer sisa dengan menggunakan vakum menggunakan katup V-15. Karena reaksi eksotermis, pendinginan

selama penambahan monomer dengan air pendingin diperlukan.

Solusi

Metode ulasan untuk menentukan lokasi relief berikut. Mengacu pada Gambar 8-5 dan 8-6 dan Tabel

8-1 untuk lokasi sistem relief.

a. Reaktor (R-1): Sebuah sistem relief dipasang pada reaktor ini karena, pada umumnya, setiap bejana

membutuhkan proses relief. Relief ini diberi label PSV-1 untuk katup pengaman tekanan 1(Pressure

safety valve 1).

b. Perpindahan pompa positif (P-1): Pompa perpindahan positif kelebihan beban, panas, dan rusak jika

pompa tersebut buntu (dead-headed) tanpa perangkat pelepas tekanan (PSV-2). Jenis sistem relief

pelepasan biasanya didaur ulang kembali ke feed bejana.

c. Penukar panas (E-1): Panas tabung penukar bisa pecah dari tekanan yang berlebihan ketika air diblokir

(V-10 dan V-11 ditutup) dan exchanger dipanaskan (misalnya dengan uap). Bahaya ini dihilangkan

dengan menambahkan PSV-3.

d. Drum (D-1): Sekali lagi, semua drum memerlukan proses katup pelepas, PSV-4.

e. Kumpalan reaktor: kumparan reaktor ini dapat kelebihan tekanan ketika air diblokir (V-4, V-5, V-6,

dan V-7 ditutup) dan kumparan dipanaskan dengan steam atau bahkan matahari. Tambahkan PSV-5

pada kumparan ini.

Ini melengkapi spesifikasi lokasi relief untuk proses yang relatif sederhana. Alasan untuk dua

perangkat sistem relief PSV-1A dan 1B-PSV dijelaskan pada bagian berikutnya.

Gambar 9-5 reaktor Polimerisasi tanpa relief keselamatan.

Contoh 8-1 menggambarkan alasan teknik untuk memasang katup pelepas di berbagai lokasi dalam

pabrik kimia. Setelah lokasi ditentukan sistem relief, jenis sistem relief yang dipilih, tergantung pada

aplikasi tertentu.

Jenis dan Karakteristik Sistem Relief

Tipe tertentu dari perangkat sistem relief adalah dipilih untuk aplikasi tertentu, seperti untuk cairan,

gas, cairan dan gas, padat, dan bahan korosif, mereka mungkin dibuang ke atmosfer atau dibuang ke

sistem penahanan (pembersih, suar, kondensor, pembakar, dan sejenisnya). Dalam hal teknik jenis

perangkat sistem relief ditentukan berdasarkan rincian dari sistem sistem relief, kondisi proses, dan

sifat fisik dari cairan yang dibebaskan.

Gambar 9-6 reaktor Polimerisasi dengan relief keselamatan.

Ada dua kategori umum perangkat relief (pengoperasian pegas dan cakram pecah) dan dua

jenis utama dari katup pengoperasian pegas (konvensional dan bellows seimbang), seperti gambar 9-

7.

Gambar 9-7Jenis dari perangkat relief.

Di pengoperasian pegas katup tegangan keluar disesuaikan dengan tekanan masuk.

Tekanan set relief biasanya ditentukan pada 10% di atas tekanan operasi normal. Untuk

menghindari kemungkinan orang yang tidak berhak mengubah pengaturan ini, sekrup

disesuaikan drngan cover yang ditutupi.

Untuk sistem relief spring-operated konvensional, katup membuka berdasarkan pada

penurunan tekanan katup, yaitu, tekanan set sebanding dengan penurunan tekanan dudukan. Dengan

demikian, jika hilir tekanan balik katup meningkat, tekanan yang ditetapkan akan meningkat dan

katup tidak dapat membuka dengan tekanan yang tepat. Selain itu, aliran melalui relief konvensional

sebanding dengan perbedaan tekanan dudukan. Aliran melalui relief, oleh karena itu, berkurang

dengan meningkatnya tekanan balik.

Untuk desain balanced-bellows di bagian belakang dudukan katup memastikan bahwa

tekanan pada sisi dudukan selalu atmosferik. Jadi katup balanced-bellows akan selalu terbuka pada

tekanan yang ditetapkan diinginkan. Namun, aliran melalui sistem balanced-bellows sebanding

dengan perbedaan tekanan antara inlet dan outlet dari katup. Oleh karena itu aliran berkurang dengan

meningkatnya tekanan balik.

Cakram pecah secara khusus dirancang untuk pecah pada tekanan tertentu yang ditetapkan

relief. Biasanya terdiri dari satu lembar terkalibrasi dari logam yang dirancang untuk pecah pada

tekanan yang ditentukan. digunakan sendiri, dalam seri, atau secara paralel untuk pegas perangkat

relief. Mereka dapat dibuat dari berbagai bahan, termasuk bahan eksotis tahan korosi.

Masalah penting dengan cakram pecah adalah kelenturannya dari logam sebagai proses

perubahan tekanan. Meregangkan dapat menyebabkan kegagalan prematur pada tekanan di bawah

tekanan yang ditetapkan. Untuk alasan ini beberapa sistem cakram pecah dirancang untuk beroperasi

pada tekanan di bawah tekanan yang ditetapkan. Selain itu, layanan vakum dapat menyebabkan

kegagalan cakram pecah jika sistem relief tidak secara khusus dirancang untuk layanan ini.

Masalah lain dengan sistem pecah cakram adalah bahwa setelah mereka membuka,

mereka tetap terbuka. Hal ini dapat menyebabkan debit lengkap bahan proses. Hal ini juga

dapat memungkinkan udara masuk proses, yang mengarah ke api dan atau ledakan. Dalam

beberapa kecelakaan cakram pecah tanpa operator proses menyadari situasi. Untuk mencegah masalah

ini, cakram pecah tersedia dengan kabel tertanam yang dipotong ketika cakram pecah, ini dapat

mengaktifkan alarm di ruang kontrol untuk memperingatkan operator. Juga, ketika cakram pecah

pecah, potongan cakram dapat menjadi copot, menciptakan potensial masalah plugging hilir.

Kemajuan terbaru dalam desain cakram pecah telah meminimalkan masalah ini.

Dalam semua contoh masalah dieliminasi jika cakram pecah dan sistem yang ditentukan dan

dirancang tepat untuk kondisi operasi tertentu dari proses. Cakram pecah tersedia dalam ukuran yang

jauh lebih besar daripada katup pelepas spring-operated, dengan ukuran komersial tersedia hingga

berdiameter beberapa meter. Cakram pecah biasanya lebih murah daripada katup pelepas spring-

operated berukuran ekuivalen.

Cakram pecah sering dipasang secara seri untuk relief pegas (1) untuk melindungi perangkat

pegas mahal dari lingkungan korosif, (2) untuk memberikan isolasi mutlak ketika menangani bahan

kimia sangat beracun, (3) untuk memberikan isolasi mutlak ketika menangani gas yang mudah

terbakar, (4) untuk melindungi bagian-bagian perangkat pegas yang relatif kompleks dari monomer

reaktif yang dapat menyebabkan penyumbatan, dan (5) untuk meringankan slurries yang mungkin

pasang pegas perangkat.

Ketika cakram pecah digunakan sebelum sistem relief spring-loaded, sebuah pengukur

tekanan diinstal antara kedua perangkat. Pengukur tanda ini merupakan indikator yang

menunjukkan kapan pecah disk. Kegagalan dapat menjadi hasil dari aliran tekanan atau dari

lubang jarum yang disebabkan oleh korosi. Dalam satu kasus pengukur tanda menunjukkan

bahwa disk harus diganti.

Ada tiga jenis subkategori pegas relief tekanan:

1. Katup relief terutama untuk pelayanan cair. Katup relief (hanya cair) mulai membuka pada

tekanan yang ditetapkan. Katup ini mencapai kapasitas penuh ketika tekanan mencapai 25%

overpressure. Katup menutup sebagaimana tekanan kembali ke tekanan yang ditetapkan.

2. Katup pengaman adalah untuk pelayanan gas. Katup pengaman pop terbuka ketika tekanan

melebihi tekanan yang telah ditetapkan. Hal ini dicapai dengan menggunakan nosel yang

mengarahkan materi kecepatan tinggi ke arah dudukan katup. Setelah blowdown dari tekanan

berlebih, katup mereda di sekitar 4% di bawah tekanan set, katup memiliki blowdown 4%.

3. Katup pengaman relief digunakan untuk cairan dan layanan gas. Keselamatan katup pelepas

berfungsi sebagai katup pelepas untuk cairan dan sebagai katup pengaman untuk gas.

Contoh 9-2

Tentukan jenis perangkat relief diperlukan untuk reaktor polimerisasi pada Contoh 9-1 (lihat Gambar 9-6).

Solusinya

Setiap relief ditinjau dalam kaitannya dengan sistem relief dan sifat dari cairan :

a. PSV-la adalah cakram pecah untuk melindungi PSV-lb dari monomer reaktif (penyumbatan dari

polimerisasi).

b. PSV-lb adalah katup pengaman relief karena reaksi tak terkendali akan memberikan aliran dua-fase,

baik cairan dan uap.

c. PSV-2 adalah katup relief karena relief ini dalam garis layanan cair. Sebuah katup konvensional adalah

baik.

d. PSV-3 adalah katup relief karena untuk cairan saja. Sebuah perangkat relief konvensional yang baik

dalam layanan ini.

e. PSV-4 adalah katup pengaman relief karena layanan cair atau uap adalah mungkin. Karena ventilasi ini

akan pergi ke pembersih dengan tekanan balik yang kemungkinan besar, balanced-bellows telah

ditentukan.

f. PSV-5 adalah katup untuk layanan cair saja. Relief ini memberikan perlindungan untuk scenario

berikut: Cairan diblokir dengan menutup semua katup, panas reaksi meningkatkan suhu cairan di

sekitar reaktor, dan tekanan yang meningkat di dalam kumparan karena ekspansi termal.

Setelah menentukan lokasi dan jenis semua perangkat relief, scenario relief dikembangkan.

Relief Buckling-Pin

Relief buckling-pin mirip dengan cakram pecah, yaitu, ketika gesper menekan pin, katup terbuka

penuh. Seperti yang ditunjukkan dalam gambar 9-8, ini adalah perangkat yang relatif sederhana.

Keuntungan utama dari buckling-pin relief adalah bahwa pin menekuk pada tekanan yang tepat, dan

kelemahan utama dari perangkat ini adalah bahwa ketika pin menekuk, katup terbuka dan tetap

terbuka.

Relief Pilot-Operated

Katup utama dari pilot-operated dikendalikan oleh katup pilot kecil yang merupakan katup relief

spring-operated seperti yang ditunjukkan pada gambar 9-9. Ketika katup pilot mencapai tekanan yang

ditetapkan, ini akan membuka dan melepaskan tekanan di atas katup utama. katup piston besar

kemudian terbuka dan kehabisan cairan sistem. pilot dan katup utama memasang tempat duduk ketika

tekanan inlet turun di bawah tekanan yang ditetapkan.

Katup pilot-operated reliefs biasa digunakan ketika daerah reliefan besar pada tekanan yang

ditetapkan tinggi diperlukan. Tekanan yang ditetapkan jenis katup ini bisa sangat dekat dengan

tekanan operasi. Katup pilot-operated sering dipilih ketika tekanan operasi berada dalam 5% dari

tekanan yang ditetapkan. Pembuangan katup pilot dapat ke outlet dari katup utama atau lingkup

atmosfir. Katup pelepas pilot-operated umumnya digunakan dalam pelayanan bersih

Getaran (Chatter)

Pada umumnya, sistem relief harus dirancang secara tepat untuk mencegah yang tidak diinginkan dan

masalah berbahaya. Termasuk dalam desain ini adalah pengukuran dari sistem relief dan juga detail

pipa mekanik. Misalnya, jika sistem tidak dirancang dengan benar, katup mungkin bergetar keras

(Chatter). Chatter adalah pembukaan dan penutupan cepat katup yang dapat menyebabkan kerusakan

dudukan katup atau kegagalan mekanis internal.

Penyebab utama dari getaran katup adalah katup relief yang kebesaran. Dalam hal ini katup

terbuka pada waktu yang singkat untuk mengurangi tekanan dan tekanan kemudian meningkat dengan

cepat untuk membuka katup lagi. Getaran ini bisa sangat merusak. Penyebab utama dari getaran

adalah penurunan tekanan inlet yang berlebihan, tekanan balik yang tinggi, dan katup kebesaran.

Masalah ini memiliki solusi desain, misalnya, (1) Penurunan tekanan inlet yang berlebihan

dapat dicegah dengan ukuran inlet pipa yang lebih besar dan potongan yang sedikit terdesak, (2)

tinggi tekanan balik dapat dicegah dengan meningkatkan ukuran dari jalur keluar dan menghilangkan

potongan dan penyempitan, dan (3) katup yang terlalu besar dapat dihindari dengan menambahkan

ukuran katup yang berbeda untuk menutupi berbagai tingkatan skenario.

Keuntungan dan kerugian dari jenis-jenis relief

Keuntungan utama dan kerugian dari berbagai jenis sistem relief ditunjukkan pada tabel 9.2

Skenario Sistem Relief

Suatu skenario relief adalah uraian dari salah satu kejadian khusus relief. Biasanya tiap perangkat

relief memiliki lebih dari satu kondisi relief, dan kasus terburuk adalah kondisi atau peristiwa yang

memerlukan area pelepasan yang besar. Contoh-contoh dari peristiwa relief adalah :

1. Sebuah pompa buntu (dead-headed); sebuah relief pompa diharapkan dapat memulihkan

kapasitas penuh pompa pada tekanan rata-rata

2. Relief pompa yang sama dihubungkan dengan pengatur nitrogen; relief diharapkan dapat

menangani nitrogen jika pengatur gagal

3. Pompa yang sama dihubungkan pada penukar panas dengan uap; relief diharapkan dapat

menangani injeksi uap pada penukar panas dibawah kondisi tak terkontrol, sebagai

contoh, kegagalan pengatur uap.

Ini adalah daftar kondisi untuk satu relief khusus. Area ventilasi relief diperhitungkan

untuk setiap peristiwa dan kondisi terparah adalah kondisi yang memerlukan pelepasan atau

reliefan yang besar. Kondisi terburuk adalah suatu keadaan dari keseluruhan pengembangan

kondisi untuk tiap relief.

Untuk setiap relief khusus semua peristiwa yang memungkinkan di identifikasi dan

dikelompokkan. Langkah dari metode reliefan benar-benar penting: pengidentifikasian

kondisi terburuk sebenarnya seringkali memiliki efek yang lebih penting pada ukuran relief

daripada perhitungan pengukuran relief.

Tabel 9.2 keuntungan utama dan kerugian jenis-jenis relief

Pengembangan kondisi untuk sistem reaktor dideskripsikan pada gambar 9.6 yang

telah diringkas pada tabel 9.3. Kondisi terburuk diidentifikasikan kemudian dengan maksud

menghitung secara maksimum area reliefan untuk tiap kondisi dan relief (lihat bab 10). Pada

tabel 9.3 hanya tiga relief yang memiliki beragam skenario yang memerlukan perhitungan

perbandingan untuk menentukan kondisi terburuk. Tiga relief lainnya hanya mempunyai satu

skenario; oleh karena itu relief memiliki kondisi terburuk.

Data untuk Menentukan Ukuran Relief

Data fisik properti dan terkadang karakteristik laju reaksi dibutuhkan untuk membuat perhitungan

relief. Data yang diperkirakan dengan menggunakan perkiraan teknik hampir selalu dapat diterima

saat merancang unit operasi karena hasil satu-satunya adalah yields yang buruk atau kualitas yang

buruk. Dalam rancangan relief, bagaimanapun, tipe asumsi ini tidak dapat diterima karena sebuah

kesalahan dapat menghasilkan bencana besar dan berbahaya.

Saat perancangan relief untuk ledakan gas atau debu, data deflagration khusus untuk

pengskenarioan diperlukan. Data ini diperoleh dengan alat yang sudah dideskripsikan pada saat

bagian 6-13.

Reaksi yang tak terkendali adalah skenario lain yang memerlukan data khusus. Reaksi yang

tak terkendali hampir selalu menghasilkan relief menjadi aliran dua fase. Pembongkaran dua aliran

melalui sistem relief mirip dengan sampanye dan campuran karbon dioksida yang keluar ketika botol

terbuka. Jika sampanye dipanaskan sebelum dibuka, seluruh isi dari botol dapat “dipulihkan”. Hasil

ini juga telah dibuktikan untuk reaksi yang tak terkendali di industri kimia.

Perhitungan aliran dua fase sangat kompleks, terlebih ketika kondisi berubah dengan cepat,

seperti pada kondisi yang tak terkendali. Sebagai hasil kerumitannya, metode khusus sudah

dikembangkan untuk memperoleh data yang relevan dan untuk membuat perhitungan pelepasan relief.

Lihat bab 8 untuk pembicaraan mendetail dari metode eksperimen ini dan bab 10 untuk perhitungan

pengukuran.

Sistem Relief

Setelah jenis relief telah dipilih dan ukuran relief dihitung, insinyur mengambil tanggung jawab untuk

menyelesaikan desain sistem relief, termasuk memutuskan cara menginstal relief dalam sistem dan

bagaimana untuk membuang cairan dan uap keluar.

Sistem penghilang-tekanan unik dibandingkan dengan sistem lain dalam pabrik kimia,

diharapkan mereka tidak akan pernah perlu untuk beroperasi, tetapi ketika mereka melakukannya,

mereka harus melakukannya dengan sempurna. Sistem lain, seperti sistem ekstraksi dan distilasi,

biasanya berkembang untuk kinerja optimal dan kehandalan. Perkembangan ini membutuhkan

kreativitas, pengetahuan praktis, kerja keras, waktu, dan upaya kerjasama dari pabrik, desain, dan

insinyur proses. Upaya yang sama dan kreativitas sangat penting ketika mengembangkan sistem

relief, namun, dalam hal ini pengembangan sistem relief harus dirancang secara optimal dan

menunjukkan dalam lingkungan penelitian sebelum pabrik start-up.

Untuk mengembangkan sistem relief yang optimal dan dapat diandalkan, adalah penting

untuk memahami teknologi ini. Tujuan dari bagian ini adalah untuk memberikan mahasiswa dan

insinyur desain detail yang diperlukan untuk memahami sistem relief.

Praktek Instalasi Relief

Terlepas dari seberapa hati-hati relief itu diukur, ditentukan, dan diuji, instalasi yang buruk dapat

mengakibatkan kinerja relief sama sekali tidak memuaskan. Beberapa pedoman instalasi diilustrasikan

pada Gambar 9-10. Selama konstruksi lapangan, kadang-kadang kebijaksanaan atau kenyamanan

konstruksi mengarah ke modifikasi dan penyimpangan dari praktek yang dapat diterima. Insinyur

harus mengambil tanggung jawab untuk mengikuti praktik standar, terutama ketika menginstal sistem

relief.

Gambar 9.10

Gambar 9.10 (lanjutan)

Pertimbangan Desain Relief

Seorang desainer sistem relief harus terbiasa dengan kode pemerintah, standar industri, dan

persyaratan asuransi. Hal ini sangat penting karena standar pemerintah daerah dapat bervariasi. Kode

kepentingan tertentu yang diterbitkan oleh American Society of Mechanical Engineers, American

Petroleum Institute, dan National Board of Fire Underwriters. Referensi khusus telah dikutip.

Disarankan bahwa desainer relief hati-hati mempertimbangkan semua kode dan, jika mungkin, pilih

salah satu yang paling cocok untuk instalasi tertentu.

Pertimbangan penting lainnya adalah gaya reaksi yang dihasilkan ketika aliran bahan yang

pulih melalui sistem relief dengan kecepatan tinggi. API RP 5207 memiliki beberapa pedoman,

namun, analisis tegangan normal adalah metode yang direkomendasikan.

Hal ini juga penting untuk mengenali bahwa filosofi perusahaan dan peraturan otoritas memiliki

pengaruh signifikan pada desain sistem pembuangan akhir, terutama dari sudut pandang polusi. Untuk

alasan ini relief sekarang jarang dibuang ke atmosfer. Dalam kebanyakan kasus relief pertama kali

dibuang ke sistem KO untuk memisahkan cairan dari uap, di sini cairan dikumpulkan dan uap yang

dibuang ke unit treatment yang lain. Unit treatment uap ini selanjutnya bergantung pada bahaya dari

uap, mungkin termasuk kondensor, scrubber, incinerator, flare, atau kombinasi dari mereka. Jenis

sistem ini disebut sistem penahanan total; contohnya diilustrasikan pada Gambar 9-11. Sistem

penahanan ini umum digunakan dan menjadi standar industri.

Gambar 9-11

Drum KO Horisontal

Drum Knockout kadang-kadang disebut menangkap tank atau drum blowdown. Seperti diilustrasikan

dalam Gambar 9-11, sistem Drum KO horisontal berfungsi sebagai pemisah uap-cair serta bejana

holdup untuk cairan terlepas. Campuran dua fase biasanya masuk pada salah satu ujungnya, dan uap

keluar di ujung. Inlet dapat diberikan di setiap akhir, dengan pintu keluar uap di pusat untuk

meminimalkan kecepatan uap. Ketika ruang dalam pabrik terbatas, drum KO tangensial digunakan,

seperti yang ditunjukkan pada Gambar 9-12.

Metode desain untuk ukuran sistem semacam ini diterbitkan oleh Grosse18 dan API 521,9

Metode ini didasarkan pada kecepatan maksimum untuk meminimalkan entrainment cair. Kecepatan

putus dari sebuah partikel dalam aliran adalah

9.1

Gambar 9-12

dimana

o ud, adalah kecepatan putus,

o g adalah percepatan gravitasi,

o dp, adalah diameter partikel,

o ρL, adalah densitas cairan,

o ρV, adalah densitas uap, dan

o C adalah koefisien hambatan yang diberikan oleh Gambar 9-13.

Absis Gambar 9-13 adalah

dimana

o µV adalah viskositas uap di sentipoise dan

o C(Re) 2 adalah tidak bersatuan.

Gambar 9-13

Contoh 9-3

Hitunglah kecepatan uap maksimum dalam sebuah knockout drum horizontal terhadap partikel cairan

yang hilang dengan diameter partikel 300µm, dimana

Uap rata-rata = 170 lb/hr

Penyelesaian

Untuk menghitung kecepatan yang hilang, koefisien perlu dihitung, dengan menggunakan gambar 9-

13. Grafik absis dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 9-2:

= 5394

Dengan menggunakan gambar 9-13, kita menemukan bahwa C = 1.3

Kecepatan yang hilang dihitung dengan persamaan 9-1:

Ruang wilayah uap yang dibutuhkan, tegak lurus ke jalur uap, selanjutnya dihitung dengan

menggunakan kecepatan dan laju aliran volumetrik dari uap. Desain seluruh bejana ditentukan sebagai

fungsi dari daerah uap ditambah volume pegangan cair, dan konfigurasi geometris umum bejana.

Suar

Suar terkadang digunakan setelah knockout drum. Tujuan dari suar adalah membakar bahan yang

mudah terbakar atau racun untuk tidak menghasilkan pembakaran produk baik yang beracun ataupun

mudah terbakar. Diameter dari suar harus sesuai untuk menjaga api yang stabil dan untuk mencegah

blowout (saat kecepatan uap lebih dari 20% dari kecepatan suara).

Tinggi dari suar dipengaruhi oleh basis dari panas yang dihasilkan dan potensi jumlah

kerusakan terhadap alat dan manusia. Kriteria desain yang biasa adalah saat intensitas panas pada

dasar cerobong asap tidak melebihi 1500 Btu/hr/ft2. Efek dari radiasi panas ditunjukkan oleh tabel

berikut:

Intensitas panas (Btu/hr/ft2) Efek

2000 Melepuh dalam 20 detik

5300 Melepuh dalam 5 detik

3000-4000 Vegetasi tanaman terbakar

350 Radiasi matahari

Dengan menggunakan fundamental radiasi, kita dapat mengetahui bahwa intensitas panas q pada titik

spesifik adalah fungsi dari panas yang dihasilkan oleh api Qf, emisi ɛ, dan jarak R dari api :

Dengan mengasumsikan tinggi api dari 120 df, emisi ɛ = 0.048 , dan nilai panas dari 20,000 Btu/lb,

persamaan 9-3 secara aljabar dapat dimodifikasi untuk memberikan tinggi suar Hf (dalam ft) sebagai

suatu fungsi dari diameter cerobong api df (dalam ft) untuk membakar bahan bakar dengan berat

molekul M dan uap rata-rata Qm (dalam lb/hr) :

Contoh 9-4

Hitunglah tinggi cerobong yang dibutuhkan untuk memberi intensitas panas dari 1500 Btu/hr/ft2 pada

jarak 410 ft dari dasar suatu suar. Diameter suar 4 ft, isi suar 970,000 lb/hr, dan berat molekul uap

adalah 44.

Penyelesaian

Tinggi suar dapat dihitung dengan persamaan 9-4. Unit konsisten yang dibutuhkan :

= -(60)(4) + 0.5

= 226 ft

Penggosok

Fluida dari relief, terkadang aliran dua fase, terlebih dulu harus ke sistem knockout, dimana cairan

dan uap dipisahkan. Cairan selanjutnya dikumpulkan dan uap dapat saja dilepaskan. Jika uap tidak

beracun atau tidak mudah terbakar, mereka mungkin dilepaskan kecuali beberapa peraturan melarang

jenis pembuangan ini.

Jika uap tersebut beracun, suar (dijelaskan sebelumnya) atau sistem penggosok mungkin

dibutuhkan. Sistem penggosok dapat berbentuk tiang, tiang pipih, atau tipe sistem venturi. Detail dari

desain penggosok tercakup dalam Treybal.

Kondensor

Kondensor sederhana adalah kemungkinan lain untuk mengatasi uap yang terbentuk. Kemungkinan

ini secara khusus menarik jika uap memiliki titik didih yang relatif tinggi dan jika reliefan kondensor

berharga. Alternatif ini seharusnya selalu dievaluasi karena mudah dan biasanya tidak begitu mahal

dan karena ini meminimalkan volume dari material yang mungkin membutuhkan perawatan

tambahan. Desain dari sistem kondensor tercakup dalam Kern.