THE GAS BOOST COMPRESSOR

OBJECTIVES

Setelah menyelesaikan materi pelajaran ini , para peserta akan dapat :

1.  Mengenali system operasi dari gas boost compressor termasuk fungsinya, teori dari operasi, dan support system.
  1. Menjelaskan fungsi dari centrifugal gas compressor
  2. Mengenali komponent dari centrifugal gas compressor, memberikan gambaran yang jelas dan benar
  3. Menjelaskan prinsip operasi dari centrifugal gas compressor
  4. Menjelaskan fungsi dari seal oil dan buffer gas system
  5. Mengenali komponen-koomponen dari seal oil dan buffer gas system, serta memberikan gambaran yang jelas dan benar
  6. Menjelaskan fungsi dari komponen-komponen seal oil dan buffer gas system
  7. Menjelaskan fungsi dari dry seal dan buffer gas system
  8. Mengenali komponen-komponen dari dry seal dan buffer gas system, dan memberikan gambaran yang jelas danbenar.
  9. Menjelaskan fungsi komponen komponen dari dry seal dan buffer gas system
  10. Menjelaskan urutan yang benar, mengenai flow dari sealing air, seal oil, and buffer gas sesuai dengan system masing masing
  11. Mengenali urutan dari yard valve

GAS BOOST COMPRESSOR

SYSTEM FUNCTION

Fungsi dari sebuah gas boost compressor adalah menaikann pressure dari natural gas (alam) untuk suatu keperluan tertentu.
Illustrasi dibawah ini menunjukan power turbine memindahkan mechanical energy ke boost compressor dan boost compressor mengubah mechanical energy menjadi dynamic energy dengan cara meng-compressi inlet gas ke sebuah ruangan kecil.

GENERAL

Gas compresor adalah sebuah equipment yang digerakan oleh turbine compressor set. 5 ( Lima ) model gas compressor yang dikenal adalah
C-304, C-306, C-307, C- 33 dan C-505. dipakai sebagai single compressor .
Compressor ini biasanya digerakan oleh turbin engine dengan hubungan langsung ( direct drive shaft assembly ).

Ada 3 ( tiga ) model gas compressor yaitu C-16, C-28, C30 digunakan dengan cara seri ( tandem ) dan dapat digunakan dalam bermacam-macam kombinasi 2 atau 3 in-line untuk kebutuhan tertentu. Solar gas compressor adalah type centrifugal, di-design untuk keperluan menaikan tekanan gas alam dan juga sebagai gas gathering, lifting dan keperluan lain.

OPERATING PRINCIPLES

Pada setiap proses kompresi, pressure dari suatu volume gas dinaikan dari suatu level ke level yang lain dengan menambahkan energy ke gas yang sedang diproses. Energy diukur dalam term foot pounds ( force ) per pound ( mass ) dari gas dan biasa disebut dengan “feet of head”

Centrifugal compresor dapat di klasifikasikan sebagai dynamic yang berlawanan dengan sebuah mesin positive displacement. Dalam sebuah mesin reciprocating compresor, sejumlah gas dihisap kedalam cylinder. Pada saat piston bergerak, gas yang terperangkap didalam cylinder di kompresi dengan perubahan volume yang mengecil atau positive displacement; mechanical energy diubah menjadi pressure energy.
Centrifugal compressor memberikan suatu inertial force pada gas. Inertial force tersebut dipindahkan oleh impreller ( sebuah kumpulan sudu dalam sebuah roda berputar ) dimana gerakan dynamic centrifugal memberikan velocity energy melalui akselerasi dari gas. Aliran gas de-selerasi dan velocity energy dipindahkan ke pressure energy.

STAGES

Kombinasi dari inlet guide vane, impeller dan diffuser atau diaphragm adalah merupakan satu set yang disebut sebuah stage. Sebuah single centrifugal stage relative mempunyai low pressure ratio. Jika tingkat rationya ingin diperbesar maka tambahan stages diperlukan.

Beberapa karakteristik dari single stage tersedia untuk memenuhi kebutuhan dari kondisi suction dan untuk mendapatkan effenciency yang baik. Operating range dari overlap setiap stage untuk mendapatkan effiency dengan melalui range dari setiap compressor


Gambar 8 – 4. Typical Compressor Stage Component

SURGE

Aliran gas di compressor dapat dikontrol dengan merubah perbedaan pressure yang melalui compresor dengan merubah power level. Jika pressure atau horse power tetap konstan, sedangkan alirannya dikurangi, suatu point akan dicapai dimana ke-stabilan operasi tidak dapat dipertahankan lagi. Hal ini biasanya disebut sebagai compressor “stall” atau surge limit.

Compressor surge dapat mengakibatkan interaksi antara impeller blade dan gas. Lalu gas aerodynamicnya akan menjadi tidak stabil, seperti halnya terjadi stall pada sayap pesawat terbang dengan kecepatan yang rendah. Impeller tidak dapat memberikan lagi energy yang dibutuhkan untuk mengatasi back pressure didalam system sehinnga aliran balik terjadi.

Proses siklus yang terjadi pada frequency dan amplitude range yang lebar. Surge pada operasi dari compressor tidak dianjurkan karena high gas temperature dan terjadi thrust ( dorongan ) balik yang kasar akan merusak mesin.

DESIGN

Modular construction yang dipakai adalah standard part yang dapat diganti-ganti untuk membangun sebuah compressor yang sesuai dengan kebutuhan. Pengetesan parts sesuai dengan standard yang berlaku untuk meyakinkan dalam performance mechanical dan aerodynamic.

Dalam garis besarnya compressor mempunyai karakteristik pressure-volume. Karakteristik ini adalah dikerjakan oleh backward sewpt impleller blade, vanes, diffusers dan perubahan dari inlet guide vanes. Compressor yang menggunakan staging model ini adalah relative mempunyai low pressure ratio pada setiap stagenya, jadi sebuah compressor dengan multistage juga diperlukan / dibutuhkan tetapi dengan ratio yang paling rendah.

Untuk memperoleh efficiency yang baik pada aliran volume yang rendah digunakan impeller yang kecil. Impeller yang kecil dapat mencapai design aerodynamic yang baik sesuai untuk high pressure operation dengan relative net yang rendah dari dynamic thrust loads.

Common Parts Table untuk Gambar 8 – 5

  1. Segmented Retaining Ring
  2. Split Lock Ring
    3-4 Hardware
  3. X-Y Proximity Probe
  4. Endcap O-Ring
  5. Endcap Excess Cover
    21,22,23. Hardware
  6. Cover O-Ring 25. End cap Cover Assy.
  7. Cover Assy. O-Ring
  8. C-334 Housing Assy.
    28,29,30,31. O-Rings
  9. Rotor dan Stator Module
  10. Bearing Assy, Suction.
  11. Dry Gas Seal
  12. Connector Instrumentation

Gambar 8 – 5. Compressor Assy, C334, Dry Gas

COMPRESSOR ROTOR 

Gambar 8 – 6 adalah tipe full stage rotor assembly yang terdiri dari suction dan discharge ( stub ) shaft, berbagai ukuran impeller, centerbolt dan drive adapters. Semua impeller mempunyai outside diameter yang sama walaupun mempunyai perbedaan flow capability-nya.


Gambar 8 – 6. Typical Modular Rotor Assembly

.

Semua impeller mempunyai rabbed fit untuk menjaga concentricity dan untuk menahan torque yang diteruskan oleh 3 interlocking dowel pins. Keseluruhan rotor assembly ditarik bersama dengan cara stretched melalui bolt, Gambar 8 - 6

Dalam garis besarnya compressor mempunyai karekteristik pressure-volume. Karekteristik tersebut dikerjakan oleh backward -swept impeller blades, vaneless, diffusers dan berbagai perubahan inlet guide vanes. Compressor dengan menggunakan tipe staging seperti ini mempunyai keterbatasan low pressure ratio setiap stagenya, jadi multistage compressor adalah perlu untuk semua tetapi dengan ratio yang paling rendah. 

Untuk mendapatkan efficiency yang baik pada aliran volume yang rendah maka digunakan impeller kecil. Impeller ini dapat menghasilkan aerodynamic yang baik sesuai dengan design untuk high pressure operation dan low relative net dynamic thrust loads.

COMPRESSOR SELECTION

Ada 8 perbedaan konfigurasi compressor sbb :
3 model pada family C-30, 1 model pada family C-33, 1 model pada family C-50, 2 model pada family C-16 dan 1 model pada family C-28.

Compressor C-304 adalah cocok untuk pressure ratio hingga 2.3 : 1 dan dapat dipasang 1 hingga 4 stages dengan diameter impeller 12 inch. dan 2 dari model compressor ini mungkin di-operasikan secara tandem.

C-306 adalah sama dengan C-304 kecuali panjang center bodynya. C-306 cocok untuk pressure ratio 3.3 : 1 dapat dipasang sampai 6 stages.

Compressor model C-307 menggunakan stage yang sama dengan C-304 dan C-306 dan dapat dipasang 1 sampai 6 stages. Jika di-operasikan secara serie, pressure ratio yang didapat mungkin mencapai hingga 3.3 : 1, jika di-operasikan dengan cara parallel, pressure ratio yang didapat mungkin mencapai 1.5 : 1.

C-33 adalah family Solar yang baru dari compressor. Walaupun aerodynamicnya sama dengan family C-30, tetapi impeller yang digunakan diameternya sedikit lebih besar. Ini menghasilkan mating area pada hub lebih besar juga lebih stiffer rotor assy. Tambahan, direncanakan family C-33 akan dimulai dengan C-334 dan akan berkembang menjadi 8 stages pada C-338.

C.505 compressor di design untuk low suction pressure, high pressure ratio untuk pemakaian pada gas gathering dengan suction pressure yang rendah. Casing dari compressor C.505 dapat dipasang 1 sampai 4 stages menggunakan 18” diameter impeller untuk pressure ratio 5.0 : 1

C. 284T  compressor di-design untuk low suction pressure , high pressure ratio  dimana suction pressure serendah-rendahnya adalah 10 psig. Casing dari compressor  C. 284T ini dapat dipasang 1 sampai 4 stages yang menggunakan 12” diameter impeller dengan pressure ratio 4.5 : 1  Compressor ini  di-design untuk beroperasi pada speed 22.300 rpm, maka dari itu perlu dipasang speed increaser gearbox. Compressor C. 284T ini biasanya dioperasikan secara tandem dengan 

C. 16 compressor.

C. 168T compressor digunakan untuk pressure ratio sampai dengan 3.3 : 1 dan bisa dipasang 1 sampai 8 stages yang menggunakan 7” diameter impeller dan beroperasi pada 22.300 rpm, sehingga perlu dipasang speed increaser gear box. Compressor ini juga biasanya dioperasikan secara tandem dengan C. 16 yang lain atau dengan C. 28 compressor.

C. 165H compressor housing tersedia untuk digunakan jika discharge pressurenya 1440 sampai dengan 4000 psig, dan dapat digunakan untuk high stages tandem compressor package atau pada single unit dari Centaur package.

COMPRESSOR CASING

Design type barrel dari compressor casing menyediakan ruang untuk jumlah maximum aerodynamic stages. Compressor casing terdiri dari sebuah body dan dua buah bearing & seal assemblies. Bearing assemblies tersebut terdiri dari tiltpad shaft bearing, thrust bearing dan shaft seals.

Casing dan bearing assemblies dibuat dengan konstruksi sedemikian rupa sehingga bearing dan seal dapat dicabut / dibuka untuk di inspeksi dan diganti secara terpisah tanpa mengganggu compressor staging yang terpasang pada posisi horizontal.

Design untuk maximum operating pressure adalah 2.250 psig ( maximum ), casing akan tetap kuat menahan tekanan pada saat terjadi impeller overspeed failure. Material dari casing ini adalah cast carbon steel dan ketebalan dindingnya termasuk 1/8” corrosion allowance.

Tersedia beberapa rmacam sambungan untuk pressure dan temperature instrument. Juga tersedia untuk lube oil, buffer gas supply dan drains.

Vibrasi pada suction dan discharge end dari rotor di monitor oleh proximity probes. Selain itu thrust bearing dan temperatur juga dimonitor oleh RTD yang terpasang pada bearings. Keyphasor probe dipasang pada discharge end cap untuk menyediakan rotational analysis ( speed and phase ) dari gas compressor.

STAGE COMPONENTS

Compressor yang menggunakan impeller dari keluarga closed impellers dengan backward swept blades di-design sesuai dengan kemajuan technology dynamic.
Range dari inlet dan aliran volume adalah mulai dari 200 sampai 20,000 cfm. Semua impellers telah di balance baik static maupun dynamic, juga ditest putar hingga mencapai 20% lebih tinggi dari maksimum operating speed nya.

Impeller untuk C-16 dan C-30 dicetak sangat presisi dari AISI 410 stainless steel. Impeller C-28 dan C-50 dicetak dari 15-5 PH corrosion resistant steel dan di perlukan heat treatment agar supaya lebih tahan lama.

Untuk internal stationary parts, diaphragm, guide vanes dan turning vanes dicetak dengan nodular iron. Parts ini dibuat bundar dengan tidak mempunyai sambungan horizontal. Konstruksi tipe ini memberikan stabilitas dan kekuatan yang lebih baik dan mengurangi kebocoran gas antar stage juga memberikan kontribusi yang besar terhadap efficiency.

SEALS, BEARINGS, SHAFTS

Lokasi dari labyrinth seals pada rotating parts dengan clearance yang rapat agar dapat me-minimumkan kebocoran didalam. typenya adalah self cleaning dan akan aus sedikit pada saat pemasangan awal. keausan yang dibuat akan membentuk got pada babbit.

Journal bearing pada semua compressor adalah segmented ( terbagi-bagi ), tipe tild pad di-design untuk mencegah oil whip ( kebocoran tiba-tiba ) pada segala tingkat operating speed dan juga dapat dicabut untuk mengganti tanpa melepas compressor rotor dari casingnya. Tilt pad material adalah steel yang dilapisi timah.

Lokasi dari thrust bearings ada pada suction bearing dan seal assembly, dan di-design untuk berkemampuan hydrodynamic dalam menahan beban dorongan balik ( thrust ) juga arah axial.
Toleransi yang rapat dapat mengurangi gerakan axial dan berputar, menggunakan thrust collar yang dapat diganti-ganti.
Beban thrust disupport oleh oil film antara thrust collar dan thrust bearings yang mana berbentuk tirus dari material tin base babbit pada bagian yang rata.

Dynamic thrust loads disebabkan karena rotasi dari impellers yang menyebabkan perbedaan tekanan antara impeller bagian depan dan bagian belakang permukaan shroud. Begitu perbedaan meningkat, beban dorong balik (thrust) juga meningkat, itulah sebabnya sebuah single impeller atau sekelompok impeller menyebabkan beban dorong balik (thrust) kearah depan suction end dari compressor.

Beban dorong balik ( thrust ) dapat dikurangi atau seluruhnya dengan memasang balance piston pada discharge end dari compressor. Balance piston memberikan area permukaan yang dapat merasakan seluruh discharge pressure dan juga memberikan gerakan yang berlawanan dari komponen thrust load. Tidak diperlukan tambahan piping untuk pressuri- zation bagi balance piston chamber.

Input dan output drive stub shaft merupakan sebuah besi AISI E 9310. Permukaan dari bearing dan seal diperkeras ( hardened ) untuk mendapatkan permukaan extra kasar. Stub shaft juga merupakan rotating komponent seperti yang lainnya yang harus dibalance dynamic..

Main shaft oil seal adalah carbon ring dengan steel ring memegang carbon seal tersebut. Seal udara juga dimasukan diantara 2 seal dengan pressure 25 sampai 30 psid lebih besar dari secondary vent pressure

Discharge pressure dari outboard seal adalah atmospheric dan hampir seluruh seal oil melewati seal area ini. Inboard seal mempunyai discharge pressure dimana sedikit lebih tinggi dari gas suction pressure, maka dari itu hanya sedikit kebocoran oil yang lewat diantara inner diameter dan shaft.

Oil ini bercampur dengan buffer gas yang mengalir melalui labyrinth yang berdekatan dengan oil seal. Buffer gas mengalir untuk mencegah seal oil agar tidak masuk ke compressor .

Seal oil / buffer gas yang bercampur mengalir secara gravity masuk ke trap separator dimana oil dan gas akan dipisahkan disini. Oil kembali mengalir ke lube oil tank dan gas mengalir masuk ke suction gas. Gas disupply dari kebocoran yang melintas di labyrinth seal balance piston pada discharge end compressor.

Pilihan buffer seal system ditawarkan dimana dapat mencegah kontaminasi gas basah, kotor pada compressor seal dan lube oil. Pilihan system ini memerlukan supply sweet gas pada 50 psig pressure yang lebih tinggi dari compressor suction pressure.

Sweet gas dimasukkan kedalam seal area pada point dimana ia akan terpisah dengan gas yang berada di inboard side dan seal oil di outboard side. Sweet buffer gas disesuaikan didalam compressor dengan gas yang dimasukkan ke suction compressor.

ROTOR ASSEMBLY

Setiap rotor assembly dibuatkan sebuah input shaft, impeller yang cukup dan spacers untuk menjaga jarak bearing agar tetap konstan dan output shaft. Assembly dirangkai menjadi satu dan dikuatkan oleh sebuah stud steel dowel pin juga dipasang untuk meneruskan torque dari satu komponen ke komponen lainnya. Rotor assembly di balance secara statik mapun dynamic dan juga setiap individu dibalance sebelum dipasang.

N O T E S

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here