Dimana Katup Digunakan: Dimana Saja!

08 November 2017 Ditulis oleh Greg Johnson

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

AIR BEKERJA
Dalam dunia distribusi air, tekanan dan suhu lingkungan hampir selalu relatif rendah. Kedua fakta penerapan tersebut memungkinkan sejumlah elemen desain katup yang tidak akan ditemukan pada peralatan yang lebih menantang seperti katup uap suhu tinggi. Suhu sekitar layanan air memungkinkan penggunaan elastomer dan segel karet yang tidak cocok di tempat lain. Bahan lembut ini memungkinkan katup air dilengkapi untuk menutup rapat tetesan air.

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

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

AIR LIMBAH
Sisi lain dari air segar yang dapat diminum yang masuk ke fasilitas atau bangunan adalah keluaran air limbah atau saluran pembuangan. Jalur ini mengumpulkan semua limbah cair dan padat dan mengarahkannya ke instalasi pengolahan 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 lunak dibandingkan persyaratan untuk layanan air bersih. Gerbang besi dan katup periksa adalah pilihan paling populer untuk jenis servis ini. Katup standar pada layanan ini dibuat sesuai dengan spesifikasi AWWA.

INDUSTRI TENAGA LISTRIK
Sebagian besar tenaga listrik yang dihasilkan di Amerika Serikat dihasilkan dari pembangkit listrik tenaga uap yang menggunakan bahan bakar fosil dan turbin berkecepatan tinggi. Mengupas penutup pembangkit listrik modern akan menghasilkan gambaran sistem perpipaan bertekanan tinggi dan bersuhu tinggi. Jalur utama ini merupakan jalur paling kritis dalam proses pembangkitan tenaga uap.

Katup gerbang tetap menjadi pilihan utama untuk aplikasi menghidupkan/mematikan pembangkit listrik, meskipun katup globe pola Y untuk tujuan khusus juga ditemukan. Katup bola berperforma tinggi dan layanan kritis kini semakin populer di kalangan perancang pembangkit listrik dan membuat terobosan di dunia yang dulunya didominasi katup linier.

Metalurgi sangat penting untuk katup dalam aplikasi tenaga listrik, terutama yang beroperasi pada rentang tekanan dan suhu operasi superkritis atau ultra-superkritis. F91, F92, C12A, bersama dengan beberapa Inconel dan paduan baja tahan karat umumnya digunakan di pembangkit listrik saat ini. Kelas tekanan mencakup 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 memerlukan desain yang kuat untuk menangani kombinasi ekstrim siklus, suhu dan tekanan.
Selain katup uap utama, pembangkit listrik juga dilengkapi dengan jaringan pipa tambahan, yang dilengkapi dengan berbagai macam katup gerbang, bola dunia, katup periksa, katup kupu-kupu, dan katup bola.

Pembangkit listrik tenaga nuklir beroperasi dengan prinsip turbin uap/kecepatan tinggi yang sama. Perbedaan utamanya adalah 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 memenuhi ratusan halaman.

PRODUKSI MINYAK DAN GAS
Sumur minyak dan gas serta fasilitas produksi merupakan pengguna berat katup, termasuk banyak katup tugas berat. Meskipun semburan minyak yang menyembur ratusan kaki di udara kemungkinan besar tidak akan terjadi lagi, gambar tersebut menggambarkan potensi tekanan minyak dan gas 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 perlengkapan khusus, dirancang untuk menangani tekanan hingga 10.000 psi. Meskipun saat ini jarang ditemukan pada sumur yang digali di darat, tekanan yang sangat tinggi sering ditemukan pada sumur dalam lepas pantai.

Desain peralatan Wellhead tercakup dalam spesifikasi API seperti 6A, Spesifikasi Peralatan Wellhead dan Pohon Natal. Katup yang tercakup dalam 6A dirancang untuk tekanan yang sangat tinggi tetapi suhu sedang. Kebanyakan pohon Natal memiliki katup gerbang dan katup globe khusus yang disebut tersedak. Choke digunakan untuk mengatur aliran dari sumur.

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

Kadang-kadang, cairan yang sangat korosif—hidrogen sulfida—terdapat dalam aliran minyak bumi mentah. Bahan ini, disebut juga gas asam, bisa mematikan. Untuk mengatasi tantangan gas asam, bahan khusus atau teknik pemrosesan bahan sesuai dengan spesifikasi NACE Internasional MR0175 harus diikuti.

INDUSTRI LEPAS PANTAI
Sistem perpipaan untuk rig minyak lepas pantai dan fasilitas produksi memiliki banyak katup yang dibangun dengan spesifikasi berbeda untuk menangani berbagai tantangan kontrol 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 platform itu sendiri, banyak sistem produksi yang menggunakan pohon Natal dan sistem perpipaan yang beroperasi di kedalaman tidak ramah yaitu 10.000 kaki atau lebih. Peralatan produksi ini dibuat berdasarkan standar American Petroleum Institute (API) yang ketat dan direferensikan dalam beberapa Praktik yang Direkomendasikan API (RP).

Pada sebagian besar anjungan minyak besar, proses tambahan diterapkan pada cairan 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-pohon Natal ini umumnya dibuat 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 dari sistem ini mungkin juga berisi gerbang API 6D, katup bola dan katup periksa. Karena saluran pipa apa pun di platform atau kapal bor berada di dalam fasilitas, persyaratan ketat untuk menggunakan katup API 6D untuk saluran pipa tidak berlaku. Meskipun beberapa jenis katup digunakan dalam sistem perpipaan ini, jenis katup pilihannya adalah katup bola.

PIPA
Meskipun sebagian besar jaringan pipa tersembunyi dari pandangan, keberadaannya biasanya terlihat jelas. Tanda-tanda kecil yang bertuliskan “pipa minyak bumi” merupakan salah satu indikator nyata keberadaan pipa transportasi bawah tanah. Pipa-pipa ini dilengkapi dengan banyak katup penting di sepanjang pipa tersebut. Katup penutup pipa darurat ditemukan pada interval yang ditentukan oleh standar, kode, dan undang-undang. Katup-katup ini berfungsi penting dalam mengisolasi bagian pipa jika terjadi kebocoran atau ketika diperlukan perawatan.

Juga tersebar di sepanjang jalur pipa terdapat fasilitas di mana jalur tersebut muncul dari tanah dan tersedia akses jalur. Stasiun-stasiun ini adalah rumah bagi peralatan peluncuran “babi”, yang terdiri dari perangkat yang dimasukkan ke dalam pipa untuk memeriksa atau membersihkan jalur. Stasiun peluncuran babi ini biasanya memiliki beberapa katup, baik jenis gerbang maupun bola. Semua katup pada sistem perpipaan harus memiliki lubang penuh (bukaan penuh) untuk memungkinkan lewatnya babi.

Saluran pipa juga membutuhkan energi untuk melawan gesekan pada saluran pipa dan menjaga tekanan serta aliran saluran. Kompresor atau stasiun pompa yang terlihat seperti versi kecil dari pabrik proses tanpa menara retak yang tinggi digunakan. Stasiun-stasiun ini adalah rumah bagi lusinan katup gerbang, bola, dan katup pipa.
Saluran pipanya sendiri dirancang sesuai dengan berbagai standar dan kode, sedangkan katup pipa mengikuti Katup Pipa API 6D.
Ada juga jaringan pipa kecil yang mengalir ke rumah-rumah dan bangunan komersial. Saluran ini menyediakan air dan gas dan dilindungi oleh katup penutup.
Kota-kota besar, khususnya di bagian utara Amerika Serikat, menyediakan uap untuk kebutuhan pemanasan pelanggan komersial. Jalur suplai uap ini dilengkapi dengan berbagai katup untuk mengontrol dan mengatur suplai uap. Meskipun fluidanya berupa uap, namun tekanan dan suhunya lebih rendah dibandingkan yang terdapat pada pembangkit uap pembangkit listrik. Berbagai jenis katup digunakan dalam layanan ini, meskipun katup sumbat masih merupakan pilihan yang populer.

KILIN DAN PETROKIMIA
Katup kilang menyumbang lebih banyak penggunaan katup industri dibandingkan segmen katup lainnya. Kilang merupakan rumah 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 periksa). Karena servis keras yang dialami oleh banyak katup ini, sering kali diperlukan penyisihan korosi tambahan. Tunjangan ini diwujudkan melalui ketebalan dinding yang lebih besar yang ditentukan dalam dokumen desain API.

Hampir setiap jenis katup utama dapat ditemukan berlimpah di kilang besar pada umumnya. Katup gerbang yang ada di mana-mana masih menjadi raja dengan populasi terbesar, tetapi katup seperempat putaran mengambil pangsa pasar yang semakin besar. Produk seperempat putaran yang berhasil membuat terobosan dalam industri ini (yang juga pernah didominasi oleh produk linier) mencakup katup kupu-kupu offset rangkap tiga berkinerja tinggi dan katup bola dengan dudukan logam.

Gerbang standar, globe, dan katup periksa masih ditemukan secara massal, dan karena desainnya yang bagus serta ekonomis manufakturnya, katup ini tidak akan hilang dalam waktu dekat.
Peringkat tekanan untuk katup kilang berkisar dari Kelas 150 hingga Kelas 1500, dengan Kelas 300 yang paling populer.
Baja karbon biasa, seperti kelas WCB (cetakan) dan A-105 (tempa) adalah bahan paling populer yang ditentukan dan digunakan dalam katup untuk layanan kilang. Banyak aplikasi proses pemurnian yang mendorong batas suhu atas baja karbon biasa, dan paduan dengan suhu lebih tinggi ditentukan untuk aplikasi ini. Yang paling populer adalah baja krom/moly 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 keras.

KIMIA
Industri kimia adalah pengguna besar katup dari segala jenis dan bahan. Dari pabrik kecil hingga kompleks petrokimia besar yang ditemukan di Gulf Coast, katup adalah bagian besar dari sistem perpipaan proses kimia.

Sebagian besar aplikasi dalam proses kimia memiliki tekanan yang lebih rendah dibandingkan proses pemurnian 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 dihadapi katup bola dari katup linier selama 40 tahun terakhir. Katup bola dengan dudukan yang tangguh, dengan penutup 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 populer berdesain API 603, dengan dinding lebih tipis dan bobot lebih ringan, biasanya merupakan katup gerbang atau katup globe pilihan. Pengendalian beberapa bahan kimia juga efektif dilakukan dengan katup diafragma atau katup penjepit.
Karena sifat korosif dari banyak bahan kimia dan proses pembuatan bahan kimia, pemilihan bahan sangatlah penting. Bahan defacto adalah baja tahan karat austenitik kelas 316/316L. Bahan ini bekerja dengan baik untuk melawan korosi dari sejumlah cairan yang terkadang berbahaya.

Untuk beberapa aplikasi korosif yang lebih keras, diperlukan perlindungan lebih. Baja tahan karat austenitik kelas tinggi lainnya, seperti 317, 347 dan 321 sering dipilih dalam situasi ini. Paduan lain yang digunakan dari waktu ke waktu untuk mengontrol cairan kimia termasuk 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 memerlukan 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 mencapai tujuan ini, pipa dan katup menjadi jauh lebih besar dan kebutuhan tekanan telah ditingkatkan.

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

Layanan pemisahan gas melibatkan pembagian gas menjadi elemen dasarnya masing-masing. Misalnya, metode pemisahan udara menghasilkan nitrogen, oksigen, helium, dan gas sisa lainnya. Sifat proses bersuhu sangat rendah berarti diperlukan banyak katup kriogenik.

Pabrik pemisahan LNG dan gas memiliki katup bersuhu rendah yang harus tetap dapat beroperasi dalam kondisi kriogenik ini. Ini berarti bahwa sistem pengepakan katup harus ditinggikan menjauhi fluida bersuhu rendah melalui penggunaan gas atau kolom kondensasi. Kolom gas ini mencegah cairan membentuk bola es di sekitar area pengepakan, yang akan mencegah batang katup berputar atau naik.

BANGUNAN KOMERSIAL
Bangunan-bangunan komersial ada di sekitar kita, namun jika kita tidak memperhatikan dengan seksama proses pembangunannya, kita tidak akan tahu banyak tentang banyaknya arteri cair yang tersembunyi di dalam dinding-dinding bangunan yang terbuat dari batu, kaca, dan logam.

Persamaan umum 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 limbah, dan proteksi kebakaran.

Dari sudut pandang kelangsungan hidup bangunan, sistem kebakaran merupakan hal yang paling penting. Perlindungan kebakaran di gedung-gedung hampir secara universal diisi dan diisi dengan air bersih. Agar sistem air kebakaran menjadi efektif, sistem tersebut harus dapat diandalkan, mempunyai tekanan yang cukup dan ditempatkan dengan nyaman di seluruh struktur. Sistem ini dirancang untuk memberi energi secara otomatis jika terjadi kebakaran.
Bangunan bertingkat tinggi memerlukan layanan tekanan air yang sama di lantai atas dengan lantai bawah sehingga pompa dan pipa bertekanan tinggi harus digunakan untuk mengangkat air ke atas. Sistem perpipaan biasanya Kelas 300 atau 600, tergantung pada ketinggian bangunan. Semua jenis katup digunakan dalam aplikasi ini; namun, desain katup harus disetujui oleh Laboratorium Penjamin Emisi Efek atau Pabrik Bersama untuk layanan utama kebakaran.

Kelas dan jenis katup yang sama yang digunakan untuk katup pemadam kebakaran juga digunakan untuk distribusi air minum, meskipun proses persetujuannya tidak seketat itu.
Sistem pendingin udara komersial yang ditemukan di struktur bisnis besar seperti gedung perkantoran, hotel, dan rumah sakit biasanya terpusat. Mereka memiliki unit pendingin atau ketel besar untuk mendinginkan atau memanaskan cairan yang digunakan untuk memindahkan suhu dingin atau tinggi. Sistem ini seringkali harus menangani zat pendingin seperti R-134a, hidro-fluorokarbon, atau dalam kasus sistem pemanas utama, uap. Karena ukuran katup kupu-kupu dan bola yang ringkas, jenis ini menjadi populer dalam sistem pendingin HVAC.

Di sisi uap, beberapa katup seperempat putaran telah mulai digunakan, namun banyak insinyur perpipaan masih mengandalkan katup gerbang linier dan katup globe, terutama jika perpipaan memerlukan ujung las butt. Untuk aplikasi uap sedang ini, baja menggantikan besi tuang karena kemampuan las baja.

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

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

Ini hanyalah contoh lain dari kenyataan bahwa: katup benar-benar ada dimana-mana. VM
Bagian II artikel ini mencakup industri tambahan 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, ruang angkasa, panas bumi, serta pembuatan bir dan penyulingan kerajinan tangan.

GREG JOHNSON adalah presiden United Valve (www.unitedvalve.com) di Houston. Dia adalah editor kontributor Majalah VALVE, mantan ketua Dewan Perbaikan Katup 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.