Di mana katup digunakan: Di mana-mana!

08 November 2017 Ditulis oleh Greg Johnson

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

Instalasi Pengolahan Air
Dalam dunia distribusi air, tekanan hampir selalu relatif rendah dan suhu lingkungan. Kedua fakta aplikasi tersebut memungkinkan sejumlah elemen desain katup yang tidak akan ditemukan pada peralatan yang lebih menantang 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 dilengkapi untuk menyegel kebocoran dengan rapat.

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

Tekanan yang biasanya dialami oleh sebagian besar katup instalasi air umumnya jauh di bawah 200 psi. Ini berarti desain berdinding lebih tebal dan bertekanan lebih tinggi tidak diperlukan. Meskipun demikian, ada kasus di mana katup air dibuat untuk menangani tekanan yang lebih tinggi, hingga sekitar 300 psi. Aplikasi ini biasanya terdapat pada saluran air panjang yang dekat dengan sumber tekanan. Terkadang katup air bertekanan tinggi juga ditemukan di titik-titik bertekanan tertinggi pada bendungan tinggi.

American Water Works Association (AWWA) telah menerbitkan 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 saluran pembuangan. Saluran-saluran ini mengumpulkan semua cairan dan padatan limbah dan mengarahkannya ke instalasi pengolahan air limbah. Instalasi pengolahan ini memiliki banyak pipa dan katup bertekanan rendah untuk melakukan "pekerjaan kotor" mereka. 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 dibangun sesuai dengan spesifikasi AWWA.

INDUSTRI KEKUATAN
Sebagian besar tenaga listrik yang dihasilkan di Amerika Serikat dihasilkan di pembangkit 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 adalah yang paling penting dalam proses pembangkitan tenaga uap.

Katup gerbang tetap menjadi pilihan utama untuk aplikasi buka/tutup pembangkit listrik, meskipun katup globe pola Y untuk tujuan khusus juga ditemukan. Katup bola berkinerja tinggi untuk layanan kritis semakin populer di kalangan beberapa perancang pembangkit listrik dan mulai merambah dunia yang dulunya didominasi oleh katup linier ini.

Metalurgi sangat penting untuk katup dalam aplikasi pembangkit listrik, terutama yang beroperasi dalam rentang tekanan dan suhu superkritis atau ultra-superkritis. F91, F92, C12A, bersama dengan 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 listrik puncak (yang beroperasi hanya sesuai kebutuhan) juga memberikan tekanan besar pada katup dan perpipaan, sehingga membutuhkan desain yang kuat untuk menangani kombinasi ekstrem dari siklus, suhu, dan tekanan.
Selain sistem katup uap utama, pembangkit listrik juga dilengkapi dengan jaringan pipa pendukung, yang dipenuhi dengan berbagai macam katup gerbang, katup globe, katup periksa, katup kupu-kupu, dan katup bola.

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

PRODUKSI MINYAK DAN GAS
Sumur minyak dan gas serta fasilitas produksinya banyak menggunakan katup, termasuk banyak katup tugas berat. Meskipun semburan minyak yang menjulang ratusan kaki ke udara tidak mungkin terjadi lagi, gambar tersebut menggambarkan potensi tekanan minyak dan gas di bawah tanah. Inilah sebabnya mengapa kepala sumur atau "pohon Natal" ditempatkan di bagian atas rangkaian pipa sumur yang panjang. Rakitan ini, dengan kombinasi katup dan fitting khusus, dirancang untuk menangani tekanan hingga 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 oleh spesifikasi API seperti 6A, Spesifikasi untuk Peralatan Kepala Sumur dan Christmas Tree. Katup yang tercakup dalam 6A dirancang untuk tekanan yang sangat tinggi tetapi suhu yang moderat. Sebagian besar Christmas tree berisi katup gerbang dan katup globe khusus yang disebut choke. Choke digunakan untuk mengatur aliran dari sumur.

Selain sumur-sumur itu sendiri, banyak fasilitas pendukung lainnya yang terdapat di ladang minyak atau gas. Peralatan pengolahan untuk pra-perlakuan minyak atau gas membutuhkan sejumlah katup. Katup-katup ini biasanya terbuat dari baja karbon dengan peringkat kelas yang lebih rendah.

Kadang-kadang, cairan yang sangat korosif—hidrogen sulfida—terdapat dalam aliran minyak bumi mentah. Bahan ini, yang juga disebut gas asam, dapat mematikan. Untuk mengatasi tantangan gas asam, bahan 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 mengandung banyak sekali katup yang dibuat dengan berbagai spesifikasi berbeda untuk menangani beragam tantangan pengendalian aliran. Fasilitas ini juga berisi 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 Christmas tree dan sistem perpipaan yang beroperasi di kedalaman yang tidak ramah, yaitu 10.000 kaki atau lebih. Peralatan produksi ini dibangun sesuai dengan banyak standar American Petroleum Institute (API) yang ketat dan dirujuk dalam beberapa Rekomendasi Praktik (RP) API.

Pada sebagian besar anjungan minyak besar, proses tambahan diterapkan pada fluida mentah yang berasal dari kepala sumur. Ini termasuk memisahkan air dari hidrokarbon dan memisahkan gas dan cairan gas alam dari aliran fluida. Sistem perpipaan pasca-Christmas tree 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 berisi katup gerbang, katup bola, dan katup periksa API 6D. Karena semua pipa di anjungan atau kapal pengeboran berada di dalam fasilitas, persyaratan ketat untuk menggunakan katup API 6D untuk pipa tidak berlaku. Meskipun beberapa jenis katup digunakan dalam sistem perpipaan ini, jenis katup yang paling banyak dipilih adalah katup bola.

JALUR PIPA
Meskipun sebagian besar pipa tersembunyi dari pandangan, keberadaannya biasanya mudah terlihat. Tanda kecil bertuliskan "pipa minyak bumi" adalah salah satu indikator yang jelas tentang keberadaan pipa transportasi bawah tanah. Pipa-pipa ini dilengkapi dengan banyak katup penting di sepanjang jalurnya. Katup penutup darurat pipa ditemukan pada interval yang ditentukan oleh standar, kode, dan hukum. Katup-katup ini berfungsi untuk mengisolasi bagian pipa jika terjadi kebocoran atau ketika diperlukan perawatan.

Selain itu, di sepanjang jalur pipa juga terdapat fasilitas tempat pipa muncul dari tanah dan akses ke pipa tersedia. Stasiun-stasiun ini merupakan tempat peralatan peluncur "pig", yang terdiri dari perangkat yang dimasukkan ke dalam pipa untuk memeriksa atau membersihkan pipa. Stasiun peluncur pig ini biasanya berisi beberapa katup, baik tipe gerbang maupun bola. Semua katup pada sistem pipa harus berjenis full-port (bukaan penuh) untuk memungkinkan lewatnya pig.

Saluran pipa juga membutuhkan energi untuk mengatasi gesekan di dalam pipa dan menjaga tekanan serta aliran di dalam saluran. Stasiun kompresor atau pompa yang tampak seperti versi kecil dari pabrik pengolahan tanpa menara pemecah yang tinggi digunakan. Stasiun-stasiun ini menampung puluhan katup gerbang, katup bola, dan katup periksa saluran pipa.
Saluran pipa itu sendiri dirancang sesuai dengan berbagai standar dan kode, sementara katup saluran pipa mengikuti standar API 6D untuk Katup Saluran Pipa.
Terdapat juga jalur pipa yang lebih kecil yang mengalirkan air ke rumah-rumah dan bangunan komersial. Jalur-jalur ini menyediakan air dan gas dan dijaga oleh katup penutup.
Kota-kota besar, khususnya di bagian utara Amerika Serikat, menyediakan uap untuk kebutuhan pemanasan pelanggan komersial. Saluran pasokan uap ini dilengkapi dengan berbagai katup untuk mengontrol dan mengatur pasokan uap. Meskipun fluida yang digunakan adalah uap, tekanan dan suhunya lebih rendah daripada yang ditemukan pada pembangkit uap di pembangkit listrik. Berbagai jenis katup digunakan dalam layanan ini, meskipun katup sumbat (plug valve) yang sudah lama digunakan masih menjadi pilihan populer.

PABRIK PENGOLAHAN DAN PETROKIMIA
Katup kilang minyak menyumbang penggunaan katup industri terbesar dibandingkan segmen katup lainnya. Kilang minyak merupakan tempat bagi 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 searah). Karena kondisi penggunaan yang berat yang dialami oleh banyak katup ini, seringkali diperlukan toleransi korosi tambahan. Toleransi ini diwujudkan melalui ketebalan dinding yang lebih besar yang ditentukan dalam dokumen desain API.

Hampir semua jenis katup utama dapat ditemukan dalam jumlah banyak di kilang minyak besar pada umumnya. Katup gerbang yang ada di mana-mana masih menjadi yang paling banyak digunakan, tetapi katup putar seperempat putaran semakin banyak mengambil pangsa pasarnya. Produk katup putar seperempat putaran yang berhasil menembus industri ini (yang dulunya juga didominasi oleh produk linier) meliputi katup kupu-kupu offset tiga kali lipat berkinerja tinggi dan katup bola dengan dudukan logam.

Katup gerbang, katup globe, dan katup periksa standar masih banyak ditemukan, dan karena kekokohan desainnya dan efisiensi manufakturnya, katup-katup ini tidak akan hilang dalam waktu dekat.
Peringkat tekanan untuk katup kilang minyak berkisar dari Kelas 150 hingga Kelas 1500, dengan Kelas 300 sebagai yang paling populer.
Baja karbon biasa, seperti grade WCB (cor) dan A-105 (tempa) adalah material paling populer yang ditentukan dan digunakan dalam katup untuk layanan kilang. Banyak aplikasi proses penyulingan mendorong batas suhu atas baja karbon biasa, dan paduan suhu tinggi ditentukan untuk aplikasi ini. Yang paling populer di antaranya adalah baja kromium/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 penyulingan yang sangat keras.

KIMIA
Industri kimia merupakan pengguna besar katup dari semua jenis dan material. Mulai dari pabrik batch kecil hingga kompleks petrokimia besar yang terdapat di Pantai Teluk, katup merupakan bagian penting dari sistem perpipaan proses kimia.

Sebagian besar aplikasi dalam proses kimia memiliki tekanan yang lebih rendah daripada banyak proses penyulingan dan pembangkit listrik. Kelas tekanan yang paling populer untuk katup dan perpipaan 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 penutupan tanpa kebocoran, sangat cocok untuk banyak aplikasi pabrik kimia. Ukuran katup bola yang ringkas juga merupakan fitur yang populer.
Masih ada beberapa pabrik kimia dan proses pabrik di mana katup linier lebih disukai. Dalam kasus ini, katup berdesain API 603 yang populer, dengan dinding lebih tipis dan bobot lebih ringan, biasanya menjadi pilihan katup gerbang atau katup globe. Pengendalian beberapa bahan kimia juga dapat dilakukan secara efektif dengan katup diafragma atau katup jepit.
Karena sifat korosif dari banyak bahan kimia dan proses pembuatan bahan kimia, pemilihan material sangat penting. Material yang umum digunakan adalah baja tahan karat austenitik kelas 316/316L. Material ini bekerja dengan baik untuk melawan korosi dari berbagai cairan yang terkadang berbahaya.

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

LNG DAN PEMISAHAN 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 untuk meningkatkan dan memperbaiki proses pencairan gas. Untuk tujuan ini, perpipaan dan katup 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 putar seperempat putaran populer untuk layanan LNG, dengan 316ss [stainless steel] sebagai material yang paling populer. ANSI Kelas 600 adalah batas tekanan standar untuk sebagian besar aplikasi LNG. Meskipun produk putar seperempat putaran adalah jenis katup yang paling populer, katup gerbang, katup globe, dan katup periksa juga dapat ditemukan di pabrik-pabrik tersebut.

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

Baik pabrik LNG maupun pabrik pemisahan gas memiliki katup suhu rendah yang harus tetap beroperasi dalam kondisi kriogenik ini. Ini berarti bahwa sistem penyegelan katup harus diangkat menjauh dari fluida suhu rendah melalui penggunaan kolom gas atau kolom kondensasi. Kolom gas ini mencegah fluida membentuk bola es di sekitar area penyegelan, yang akan mencegah batang katup berputar atau naik.

BANGUNAN KOMERSIAL
Bangunan-bangunan komersial mengelilingi kita, tetapi kecuali kita memperhatikan dengan saksama saat bangunan-bangunan itu dibangun, kita hampir tidak memiliki petunjuk tentang banyaknya jalur informasi yang tersembunyi di dalam dinding-dinding batu, kaca, dan logamnya.

Kesamaan yang terdapat di hampir setiap bangunan adalah air. Semua struktur ini mengandung berbagai sistem perpipaan yang membawa banyak kombinasi senyawa hidrogen/oksigen dalam bentuk cairan minum, air limbah, air panas, air abu-abu, dan untuk perlindungan kebakaran.

Dari sudut pandang keselamatan bangunan, sistem pemadam kebakaran sangat penting. Perlindungan kebakaran di gedung-gedung hampir selalu dialiri dan diisi dengan air bersih. Agar sistem air pemadam kebakaran efektif, sistem tersebut harus andal, memiliki tekanan yang cukup, dan mudah diakses di seluruh struktur bangunan. Sistem ini dirancang untuk secara otomatis aktif jika terjadi kebakaran.
Gedung-gedung tinggi membutuhkan tekanan air yang sama di lantai atas dan lantai bawah, sehingga pompa dan pipa bertekanan tinggi harus digunakan untuk mengalirkan air ke atas. Sistem perpipaan biasanya Kelas 300 atau 600, tergantung pada tinggi 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.

Jenis dan kelas katup yang sama yang digunakan untuk katup layanan pemadam kebakaran juga digunakan untuk distribusi air minum, meskipun proses persetujuannya tidak seketat itu.
Sistem pendingin udara komersial yang ditemukan di 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 suhu dingin atau tinggi. Sistem ini seringkali harus menangani refrigeran seperti R-134a, hidrofluorokarbon, atau dalam kasus sistem pemanas utama, uap. Karena ukuran katup kupu-kupu dan katup bola yang kompak, jenis katup ini menjadi populer dalam sistem pendingin HVAC.

Di sisi uap, beberapa katup seperempat putaran telah banyak digunakan, namun banyak insinyur perpipaan masih mengandalkan katup gerbang linier dan katup globe, terutama jika perpipaan membutuhkan sambungan las tumpul. Untuk aplikasi uap sedang ini, baja telah menggantikan besi cor karena kemampuan pengelasan baja.

Beberapa sistem pemanas menggunakan air panas sebagai pengganti uap sebagai fluida transfer. Sistem ini cocok menggunakan katup berbahan perunggu atau besi. Katup bola dan katup kupu-kupu putar seperempat putaran dengan dudukan elastis sangat populer, meskipun beberapa desain linier masih digunakan.

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

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

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