Di Mana-mana Katup Digunakan: Di Mana Saja!

08 Nov 2017 Ditulis oleh Greg Johnson

Katup dapat ditemukan di mana saja saat ini: di rumah kita, di bawah jalan, di gedung-gedung komersial dan di ribuan tempat dalam pembangkit listrik dan air, pabrik kertas, kilang minyak, pabrik kimia dan fasilitas industri dan infrastruktur lainnya.
Industri katup sangat luas, dengan segmen yang bervariasi, mulai dari distribusi air, tenaga nuklir, hingga minyak dan gas hulu dan hilir. Masing-masing industri pengguna akhir ini menggunakan beberapa jenis katup dasar; namun, detail konstruksi dan materialnya seringkali sangat berbeda. Berikut contohnya:

AIR KERJA
Dalam dunia distribusi air, tekanannya hampir selalu relatif rendah dan suhunya berada di kisaran suhu lingkungan. Kedua fakta aplikasi ini memungkinkan sejumlah elemen desain katup yang tidak akan ditemukan pada peralatan yang lebih kompleks seperti katup uap suhu tinggi. Suhu lingkungan layanan air memungkinkan penggunaan elastomer dan segel karet yang tidak cocok di tempat lain. Material lunak ini memungkinkan katup air dipasang untuk menutup tetesan dengan rapat.

Pertimbangan lain dalam katup layanan air adalah pilihan material konstruksi. Besi cor dan besi ulet digunakan secara luas dalam sistem air, terutama untuk saluran berdiameter luar yang besar. Saluran yang sangat kecil dapat ditangani dengan cukup baik dengan material katup perunggu.

Tekanan yang diterima sebagian besar katup air biasanya jauh di bawah 200 psi. Ini berarti desain bertekanan tinggi dengan dinding tebal tidak diperlukan. Meskipun demikian, ada beberapa kasus di mana katup air dirancang untuk menangani tekanan yang lebih tinggi, hingga sekitar 300 psi. Aplikasi ini biasanya digunakan pada saluran air panjang yang dekat dengan sumber tekanan. Terkadang katup air bertekanan tinggi juga ditemukan pada titik-titik bertekanan tertinggi di bendungan tinggi.

American Water Works Association (AWWA) telah mengeluarkan spesifikasi yang mencakup berbagai jenis katup dan aktuator yang digunakan dalam aplikasi pengolahan air.

AIR LIMBAH
Sisi lain dari air minum bersih yang masuk ke suatu fasilitas atau bangunan adalah air limbah atau keluaran saluran pembuangan. Saluran ini mengumpulkan semua cairan dan padatan limbah dan mengarahkannya ke instalasi pengolahan limbah. Instalasi pengolahan ini dilengkapi banyak pipa dan katup bertekanan rendah untuk melakukan "pekerjaan kotor"-nya. Persyaratan untuk katup air limbah dalam banyak kasus jauh lebih longgar daripada persyaratan untuk layanan air bersih. Katup gerbang besi dan katup periksa adalah pilihan paling populer untuk jenis layanan ini. Katup standar dalam layanan ini dibuat sesuai dengan spesifikasi AWWA.

INDUSTRI TENAGA
Sebagian besar tenaga listrik yang dihasilkan di Amerika Serikat dihasilkan oleh pembangkit listrik tenaga uap yang menggunakan bahan bakar fosil dan turbin berkecepatan tinggi. Jika kita membuka penutup pembangkit listrik modern, kita akan melihat sistem perpipaan bertekanan tinggi dan bersuhu tinggi. Saluran utama ini merupakan yang paling krusial dalam proses pembangkitan tenaga uap.

Katup gerbang tetap menjadi pilihan utama untuk aplikasi on/off pembangkit listrik, meskipun katup globe berpola Y untuk keperluan khusus juga tersedia. Katup bola berkinerja tinggi dan layanan kritis semakin populer di kalangan perancang pembangkit listrik dan merambah dunia yang sebelumnya didominasi katup linier ini.

Metalurgi sangat penting untuk katup dalam aplikasi daya, terutama yang beroperasi pada rentang tekanan dan suhu operasi superkritis atau ultra-superkritis. F91, F92, C12A, beserta beberapa paduan Inconel dan baja tahan karat umumnya digunakan di pembangkit listrik saat ini. Kelas tekanan meliputi 1500, 2500, dan dalam beberapa kasus 4500. Sifat modulasi pembangkit daya puncak (yang beroperasi hanya sesuai kebutuhan) juga memberikan beban yang sangat besar pada katup dan perpipaan, sehingga membutuhkan desain yang kokoh untuk menangani kombinasi ekstrem dari siklus, suhu, dan tekanan.
Selain katup uap utama, pembangkit listrik juga dilengkapi dengan jaringan pipa tambahan, yang dilengkapi dengan berbagai macam katup gerbang, katup bola, katup periksa, katup kupu-kupu, dan katup bola.

Pembangkit listrik tenaga nuklir beroperasi dengan prinsip turbin uap/kecepatan tinggi yang sama. Perbedaan utamanya adalah bahwa pada pembangkit listrik tenaga nuklir, uap dihasilkan oleh panas dari proses fisi. Katup pembangkit listrik tenaga nuklir serupa dengan katup berbahan bakar fosil, kecuali silsilahnya dan persyaratan tambahan berupa keandalan absolut. Katup nuklir diproduksi dengan standar yang sangat tinggi, dengan dokumentasi kualifikasi dan inspeksi yang memenuhi ratusan halaman.

PRODUKSI MINYAK DAN GAS
Sumur minyak dan gas serta fasilitas produksi merupakan pengguna katup yang sangat aktif, termasuk banyak katup tugas berat. Meskipun semburan minyak yang menyembur ratusan kaki ke udara kemungkinan besar tidak akan terjadi lagi, gambar ini menggambarkan potensi tekanan minyak dan gas bawah tanah. Inilah sebabnya kepala sumur atau pohon Natal ditempatkan di puncak rangkaian pipa sumur yang panjang. Rakitan ini, dengan kombinasi katup dan fitting khusus, dirancang untuk menangani tekanan di atas 10.000 psi. Meskipun jarang ditemukan pada sumur yang digali di darat saat ini, tekanan yang sangat tinggi sering ditemukan pada sumur lepas pantai yang dalam.

Desain peralatan kepala sumur diatur dalam spesifikasi API seperti 6A, Spesifikasi untuk Kepala Sumur dan Peralatan Pohon Natal. Katup yang tercakup dalam 6A dirancang untuk tekanan yang sangat tinggi tetapi suhu yang moderat. Kebanyakan pohon Natal dilengkapi katup gerbang dan katup globe khusus yang disebut choke. Choke digunakan untuk mengatur aliran dari sumur.

Selain kepala sumur itu sendiri, terdapat banyak fasilitas tambahan di ladang minyak atau gas. Peralatan proses untuk pra-perawatan minyak atau gas membutuhkan sejumlah katup. Katup-katup ini biasanya terbuat dari baja karbon dengan peringkat kelas bawah.

Terkadang, terdapat cairan yang sangat korosif—hidrogen sulfida—dalam aliran minyak mentah. Material ini, yang juga disebut gas asam, dapat bersifat mematikan. Untuk mengatasi tantangan gas asam, material khusus atau teknik pemrosesan material sesuai dengan spesifikasi NACE International MR0175 harus diikuti.

INDUSTRI LEPAS PANTAI
Sistem perpipaan untuk anjungan minyak lepas pantai dan fasilitas produksi terdiri dari berbagai katup yang dirancang dengan berbagai spesifikasi untuk menangani berbagai tantangan pengendalian aliran. Fasilitas ini juga dilengkapi dengan berbagai loop sistem kontrol dan perangkat pelepas tekanan.

Untuk fasilitas produksi minyak, jantung arteri adalah sistem perpipaan pemulihan minyak atau gas yang sebenarnya. Meskipun tidak selalu berada di anjungan itu sendiri, banyak sistem produksi menggunakan pohon Natal dan sistem perpipaan yang beroperasi di kedalaman yang tidak bersahabat, yaitu 10.000 kaki atau lebih. Peralatan produksi ini dibangun dengan berbagai standar American Petroleum Institute (API) yang ketat dan dirujuk dalam beberapa Praktik yang Direkomendasikan API (RP).

Pada sebagian besar anjungan minyak besar, proses tambahan diterapkan pada fluida mentah yang berasal dari kepala sumur. Proses ini meliputi pemisahan air dari hidrokarbon dan pemisahan gas serta cairan gas alam dari aliran fluida. Sistem perpipaan pasca-Natal ini umumnya dibangun sesuai dengan kode perpipaan American Society of Mechanical Engineers B31.3 dengan katup yang dirancang sesuai dengan spesifikasi katup API seperti API 594, API 600, API 602, API 608, dan API 609.

Beberapa sistem ini mungkin juga dilengkapi katup gerbang, bola, dan katup periksa API 6D. Karena semua pipa pada anjungan atau kapal bor berada di dalam fasilitas, persyaratan ketat untuk menggunakan katup API 6D pada pipa tidak berlaku. Meskipun terdapat beberapa jenis katup yang digunakan dalam sistem perpipaan ini, jenis katup yang paling umum digunakan adalah katup bola.

PIPA
Meskipun sebagian besar pipa tersembunyi, keberadaannya biasanya terlihat jelas. Papan kecil bertuliskan "pipa minyak bumi" merupakan salah satu indikator yang jelas akan keberadaan pipa transportasi bawah tanah. Pipa-pipa ini dilengkapi dengan banyak katup penting di sepanjang jalurnya. Katup pemutus pipa darurat tersedia secara berkala sesuai standar, kode, dan peraturan perundang-undangan. Katup-katup ini berfungsi vital untuk mengisolasi suatu bagian pipa jika terjadi kebocoran atau ketika diperlukan perawatan.

Di sepanjang jalur pipa juga terdapat fasilitas-fasilitas di mana pipa muncul dari tanah dan akses pipa tersedia. Stasiun-stasiun ini merupakan rumah bagi peralatan peluncur "pig", yang terdiri dari perangkat-perangkat yang dimasukkan ke dalam pipa untuk memeriksa atau membersihkan pipa. Stasiun peluncur pig ini biasanya memiliki beberapa katup, baik tipe gerbang maupun bola. Semua katup pada sistem pipa harus berport penuh (bukaan penuh) agar pig dapat lewat.

Pipa juga membutuhkan energi untuk mengatasi gesekan dan menjaga tekanan serta alirannya. Stasiun kompresor atau pompa yang tampak seperti pabrik proses versi kecil tanpa menara tinggi yang retak digunakan. Stasiun-stasiun ini menampung puluhan katup gerbang, katup bola, dan katup periksa pipa.
Pipa itu sendiri dirancang sesuai dengan berbagai standar dan kode, sementara katup pipa mengikuti Katup Pipa API 6D.
Terdapat pula pipa-pipa kecil yang mengalir ke rumah-rumah dan bangunan komersial. Pipa-pipa ini menyediakan air dan gas, dan dijaga oleh katup penutup.
Kota-kota besar, terutama di wilayah utara Amerika Serikat, menyediakan uap untuk kebutuhan pemanas pelanggan komersial. Saluran pasokan uap ini dilengkapi dengan berbagai katup untuk mengontrol dan mengatur pasokan uap. Meskipun fluidanya berupa uap, tekanan dan suhunya lebih rendah daripada yang terdapat pada pembangkit listrik tenaga uap. Berbagai jenis katup digunakan dalam layanan ini, meskipun katup sumbat yang lazim digunakan masih menjadi pilihan yang populer.

KILANG DAN PETROKIMIA
Katup kilang merupakan katup yang paling banyak digunakan di industri dibandingkan segmen katup lainnya. Kilang merupakan tempat berkumpulnya cairan korosif dan, dalam beberapa kasus, suhu tinggi.
Faktor-faktor ini menentukan bagaimana katup dibuat sesuai dengan spesifikasi desain katup API seperti API 600 (katup gerbang), API 608 (katup bola), dan API 594 (katup periksa). Karena banyak katup ini bekerja keras, toleransi korosi tambahan seringkali diperlukan. Kelonggaran ini diwujudkan melalui ketebalan dinding yang lebih besar yang ditentukan dalam dokumen desain API.

Hampir semua jenis katup utama dapat ditemukan berlimpah di kilang besar pada umumnya. Katup gerbang yang umum digunakan masih menjadi rajanya dengan populasi terbesar, tetapi katup seperempat putaran semakin mendominasi pangsa pasarnya. Produk seperempat putaran yang sukses menembus industri ini (yang juga pernah didominasi oleh produk linier) meliputi katup kupu-kupu offset rangkap tiga berkinerja tinggi dan katup bola berdudukan logam.

Katup gerbang, katup bola, dan katup periksa standar masih ditemukan secara massal, dan karena desainnya yang kokoh dan biaya produksi yang ekonomis, tidak akan hilang dalam waktu dekat.
Peringkat tekanan untuk katup kilang berkisar dari Kelas 150 hingga Kelas 1500, dengan Kelas 300 sebagai yang paling populer.
Baja karbon polos, seperti grade WCB (cor) dan A-105 (tempa), merupakan material paling populer yang dispesifikasi dan digunakan dalam katup untuk layanan kilang. Banyak aplikasi proses pemurnian yang mendorong batas suhu atas baja karbon polos, dan paduan suhu tinggi dispesifikasikan untuk aplikasi ini. Yang paling populer adalah baja krom/molibdenum seperti 1-1/4% Cr, 2-1/4% Cr, 5% Cr, dan 9% Cr. Baja tahan karat dan paduan nikel tinggi juga digunakan dalam beberapa proses pemurnian yang sangat keras.

KIMIA
Industri kimia merupakan pengguna utama katup dari berbagai jenis dan material. Dari pabrik skala kecil hingga kompleks petrokimia raksasa di Gulf Coast, katup merupakan bagian penting dari sistem perpipaan proses kimia.

Sebagian besar aplikasi dalam proses kimia memiliki tekanan yang lebih rendah dibandingkan banyak proses pemurnian dan pembangkit listrik. Kelas tekanan yang paling populer untuk katup dan perpipaan di pabrik kimia adalah Kelas 150 dan 300. Pabrik kimia juga menjadi pendorong terbesar pengambilalihan pangsa pasar yang telah direbut katup bola dari katup linier selama 40 tahun terakhir. Katup bola dengan dudukan elastis, dengan sistem pemutus tanpa kebocoran, sangat cocok untuk banyak aplikasi di pabrik kimia. Ukuran katup bola yang ringkas juga merupakan fitur yang populer.
Masih terdapat beberapa pabrik kimia dan proses pabrik yang lebih memilih katup linier. Dalam kasus ini, katup populer berdesain API 603, dengan dinding yang lebih tipis dan bobot yang lebih ringan, biasanya menjadi katup gerbang atau katup globe pilihan. Pengendalian beberapa bahan kimia juga efektif dilakukan dengan katup diafragma atau katup jepit.
Karena sifat korosif dari banyak bahan kimia dan proses pembuatannya, pemilihan material sangatlah penting. Material standarnya adalah baja tahan karat austenitik kelas 316/316L. Material ini efektif melawan korosi dari berbagai cairan yang terkadang berbahaya.

Untuk beberapa aplikasi korosif yang lebih berat, diperlukan perlindungan yang lebih tinggi. Baja tahan karat austenitik berperforma tinggi lainnya, seperti 317, 347, dan 321, sering dipilih dalam situasi ini. Paduan lain yang sering digunakan untuk mengendalikan cairan kimia antara lain Monel, Alloy 20, Inconel, dan 17-4 PH.

PEMISAHAN LNG DAN GAS
Baik gas alam cair (LNG) maupun proses yang diperlukan untuk pemisahan gas bergantung pada perpipaan yang ekstensif. Aplikasi ini membutuhkan katup yang dapat beroperasi pada suhu kriogenik yang sangat rendah. Industri LNG, yang berkembang pesat di Amerika Serikat, terus berupaya meningkatkan dan menyempurnakan proses pencairan gas. Untuk tujuan ini, perpipaan dan katup telah menjadi jauh lebih besar dan persyaratan tekanan telah ditingkatkan.

Situasi ini mengharuskan produsen katup untuk mengembangkan desain yang memenuhi parameter yang lebih ketat. Katup bola dan katup kupu-kupu seperempat putaran populer untuk layanan LNG, dengan 316ss [baja tahan karat] sebagai material yang paling populer. ANSI Kelas 600 adalah batas tekanan umum untuk sebagian besar aplikasi LNG. Meskipun produk seperempat putaran adalah jenis katup yang paling populer, katup gerbang, katup globe, dan katup periksa juga dapat ditemukan di kilang.

Layanan pemisahan gas melibatkan pemisahan gas menjadi unsur-unsur dasarnya masing-masing. Misalnya, metode pemisahan udara menghasilkan nitrogen, oksigen, helium, dan gas-gas jejak lainnya. Sifat proses yang sangat rendah suhunya berarti diperlukan banyak katup kriogenik.

Baik instalasi pemisahan LNG maupun gas memiliki katup suhu rendah yang harus tetap beroperasi dalam kondisi kriogenik ini. Ini berarti sistem pengepakan katup harus dijauhkan dari fluida suhu rendah dengan menggunakan kolom gas atau kondensasi. Kolom gas ini mencegah fluida membentuk bola es di sekitar area pengepakan, yang akan mencegah batang katup berputar atau naik.

BANGUNAN KOMERSIAL
Bangunan-bangunan komersial ada di sekeliling kita, tetapi jika kita tidak memberi perhatian yang saksama saat mereka dibangun, kita tidak akan tahu banyak tentang arteri fluida yang tersembunyi di dalam dinding-dindingnya yang terbuat dari batu bata, kaca, dan logam.

Kesamaan yang umum di hampir setiap bangunan adalah air. Semua bangunan ini memiliki beragam sistem perpipaan yang menyalurkan berbagai kombinasi senyawa hidrogen/oksigen dalam bentuk cairan minum, air limbah, air panas, air limbah abu-abu, dan proteksi kebakaran.

Dari sudut pandang keberlangsungan bangunan, sistem kebakaran merupakan hal yang paling krusial. Proteksi kebakaran di gedung hampir selalu dialiri dan diisi dengan air bersih. Agar sistem air pemadam kebakaran efektif, sistem tersebut harus andal, memiliki tekanan yang cukup, dan ditempatkan dengan nyaman di seluruh struktur. Sistem ini dirancang untuk secara otomatis menyala jika terjadi kebakaran.
Bangunan bertingkat tinggi membutuhkan layanan tekanan air yang sama di lantai atas seperti di lantai bawah, sehingga pompa dan pipa bertekanan tinggi harus digunakan untuk mengalirkan air ke atas. Sistem perpipaan biasanya Kelas 300 atau 600, tergantung ketinggian bangunan. Semua jenis katup digunakan dalam aplikasi ini; namun, desain katup harus disetujui oleh Underwriters Laboratories atau Factory Mutual untuk layanan pipa utama pemadam kebakaran.

Kelas dan jenis katup yang sama yang digunakan untuk katup pemadam kebakaran digunakan untuk distribusi air minum, meskipun proses persetujuannya tidak seketat itu.
Sistem pendingin udara komersial yang terdapat pada bangunan bisnis besar seperti gedung perkantoran, hotel, dan rumah sakit biasanya terpusat. Sistem ini memiliki unit pendingin atau boiler besar untuk mendinginkan atau memanaskan fluida yang digunakan untuk mentransfer dingin atau suhu tinggi. Sistem ini seringkali harus menangani refrigeran seperti R-134a, suatu hidrofluorokarbon, atau dalam kasus sistem pemanas utama, uap. Karena ukuran katup kupu-kupu dan katup bola yang ringkas, jenis ini menjadi populer dalam sistem pendingin HVAC.

Di sisi uap, beberapa katup seperempat putaran telah merambah penggunaannya, namun banyak teknisi perpipaan masih mengandalkan katup gerbang dan katup globe linier, terutama jika pipa memerlukan ujung las tumpul. Untuk aplikasi uap moderat ini, baja telah menggantikan besi cor karena kemampuan lasnya.

Beberapa sistem pemanas menggunakan air panas, alih-alih uap, sebagai fluida pemindah. Sistem ini bekerja dengan baik menggunakan katup perunggu atau besi. Katup bola dan katup kupu-kupu dengan dudukan elastis seperempat putaran sangat populer, meskipun beberapa desain linier masih digunakan.

KESIMPULAN
Meskipun bukti penggunaan katup yang disebutkan dalam artikel ini mungkin tidak terlihat saat pergi ke Starbucks atau ke rumah nenek, beberapa katup yang sangat penting selalu ada di dekat kita. Bahkan, terdapat katup di mesin mobil yang digunakan untuk mencapai tempat-tempat seperti karburator yang mengontrol aliran bahan bakar ke dalam mesin dan katup di mesin yang mengontrol aliran bensin ke piston dan keluar lagi. Dan jika katup-katup ini tidak cukup dekat dengan kehidupan kita sehari-hari, pertimbangkan kenyataan bahwa jantung kita berdetak secara teratur melalui empat perangkat pengontrol aliran yang vital.

Ini hanyalah contoh lain dari kenyataan bahwa: katup benar-benar ada di mana-mana. VM
Bagian II artikel ini membahas industri-industri lain yang menggunakan katup. Kunjungi www.valvemagazine.com untuk membaca tentang pulp & kertas, aplikasi kelautan, bendungan dan pembangkit listrik tenaga air, tenaga surya, besi dan baja, kedirgantaraan, panas bumi, serta pembuatan bir dan penyulingan.

GREG JOHNSON adalah presiden United Valve (www.unitedvalve.com) di Houston. Beliau adalah editor kontributor untuk Majalah VALVE, mantan ketua Valve Repair Council, dan anggota dewan VRC saat ini. Beliau juga menjabat di Komite Pendidikan & Pelatihan VMA, wakil ketua Komite Komunikasi VMA, dan mantan presiden Manufacturers Standardization Society.