Metering System Gas: Meter, Stream & Flow Computer

Pengertian Metering System

Metering system adalah sistem yang digunakan untuk mengukur, menghitung, memonitor, dan mencatat jumlah fluida yang mengalir melalui suatu titik pengukuran. Pada industri minyak dan gas, metering system memiliki peranan sangat penting, terutama untuk natural gas measurement dan custody transfer.

Dalam custody transfer, hasil pengukuran digunakan sebagai dasar transaksi antara pihak yang mengirim dan menerima gas. Oleh karena itu, sistem metering harus mampu menghasilkan data pengukuran yang akurat, konsisten, dan dapat dipertanggungjawabkan.

Pada sistem metering gas, terdapat beberapa istilah penting yang perlu dipahami, yaitu:

Meter
Stream
Gas Composition
Flow Computer atau FlowComp

Keempatnya saling berhubungan dalam proses pengukuran gas.

1. Meter pada Metering System

Meter adalah perangkat yang digunakan untuk mengukur aliran atau volume gas yang melewati suatu jalur pengukuran.

Meter dapat memberikan informasi seperti:

Flow rate
Volume
Totalized volume
Pulse atau frequency
Diagnostic information

Jenis meter yang digunakan bergantung pada karakteristik gas, ukuran pipa, kebutuhan akurasi, pressure, flow range, dan aplikasi pengukuran.

Jenis Meter yang Umum Digunakan

A. Ultrasonic Flow Meter

Ultrasonic flow meter menggunakan gelombang ultrasonik untuk menentukan kecepatan aliran gas.

Meter jenis ini banyak digunakan pada aplikasi gas karena tidak memiliki moving parts dan dapat memberikan akurasi yang tinggi.

Beberapa kelebihannya:

Tidak memiliki moving parts
Pressure drop relatif rendah
Cocok untuk ukuran pipa besar
Akurasi tinggi
Memiliki kemampuan diagnostic
Cocok untuk aplikasi custody transfer

B. Turbine Flow Meter

Turbine flow meter menggunakan rotor yang berputar akibat aliran gas.

Kecepatan putaran rotor berhubungan dengan kecepatan aliran gas. Putaran tersebut kemudian dikonversi menjadi sinyal, biasanya berupa pulse, yang dapat dibaca oleh flow computer.

C. Coriolis Flow Meter

Coriolis flow meter menggunakan prinsip gaya Coriolis untuk mengukur mass flow.

Salah satu keunggulan utamanya adalah kemampuan mengukur massa secara langsung. Pada aplikasi tertentu, meter ini juga dapat memberikan informasi density dan parameter lainnya.

D. Orifice Meter

Orifice meter menggunakan orifice plate untuk menghasilkan differential pressure.

Ketika gas melewati orifice, terjadi perubahan pressure yang dapat digunakan untuk menghitung flow.

Pada pengukuran gas, perhitungan tidak hanya bergantung pada differential pressure, tetapi juga mempertimbangkan:

Pressure
Temperature
Gas composition
Compressibility factor
Meter geometry

2. Apa yang Dimaksud dengan Stream?

Dalam metering system, stream merupakan jalur atau bagian dari sistem yang digunakan untuk melakukan pengukuran aliran tertentu.

Sebuah metering station dapat memiliki satu atau beberapa stream.

Contohnya:

Gas Inlet
    │
    ├── Stream 1 ── Meter 1
    │
    ├── Stream 2 ── Meter 2
    │
    └── Stream 3 ── Meter 3
              │
              ▼
          Gas Outlet

Dengan konfigurasi tersebut, setiap stream memiliki meter dan instrumentasi yang digunakan untuk mengukur aliran pada jalurnya.

Contoh Komponen dalam Satu Stream

Sebuah metering stream dapat terdiri dari:

Isolation valve
Filter atau separator
Flow conditioner
Flow meter
Pressure transmitter
Temperature transmitter
Control atau isolation valve
Outlet piping

Tidak semua sistem memiliki konfigurasi yang sama. Susunan peralatan disesuaikan dengan desain metering station dan standar yang digunakan.

3. Mengapa Metering System Menggunakan Beberapa Stream?

Penggunaan beberapa stream biasanya berkaitan dengan kebutuhan kapasitas, availability, maintenance, dan operational flexibility.

Contohnya sebuah station memiliki tiga stream:

              GAS INLET
                  │
          ┌───────┼───────┐
          │       │       │
          ▼       ▼       ▼
       Stream 1 Stream 2 Stream 3
          │       │       │
        Meter   Meter   Meter
          │       │       │
          └───────┼───────┘
                  │
             GAS OUTLET

Jika salah satu stream harus menjalani maintenance, stream lainnya masih dapat digunakan selama kapasitas dan desain sistem memungkinkan.

Konfigurasi seperti ini juga memungkinkan pengukuran flow pada range yang berbeda.

4. Apa Itu Gas Composition?

Gas composition adalah informasi mengenai komponen-komponen yang terdapat di dalam gas.

Natural gas pada umumnya merupakan campuran berbagai hidrokarbon dan gas lainnya. Salah satu komponen utamanya adalah methane (CH₄), tetapi dapat juga mengandung:

Ethane (C₂H₆)
Propane (C₃H₈)
Butane (C₄H₁₀)
Nitrogen (N₂)
Carbon dioxide (CO₂)
Komponen hidrokarbon lainnya

Contoh sederhana komposisi gas:

Komponen	Contoh
Methane (CH₄)	85%
Ethane (C₂H₆)	7%
Propane (C₃H₈)	3%
Butane (C₄H₁₀)	1%
Nitrogen (N₂)	2%
CO₂	1%
Komponen lainnya	1%

Nilai di atas hanya contoh untuk menjelaskan konsep dan bukan komposisi standar suatu gas tertentu.

5. Gas Chromatograph

Informasi gas composition pada metering system dapat diperoleh menggunakan Gas Chromatograph (GC).

Gas Chromatograph mengambil sampel gas kemudian menganalisis komponen-komponen yang terkandung di dalamnya.

Hasil analisis dapat digunakan untuk memperoleh parameter seperti:

Gas composition
Molecular weight
Relative density
Heating value
Compressibility-related parameters

Data tersebut kemudian dapat digunakan oleh flow computer untuk melakukan perhitungan metering.

Dengan demikian, GC tidak mengukur jumlah gas yang mengalir seperti flow meter. GC lebih berfokus pada karakteristik atau komposisi gas.

6. Apa Itu Flow Computer?

Flow Computer, sering disebut juga FlowComp, adalah perangkat yang melakukan perhitungan metering berdasarkan data dari berbagai instrumentasi.

Flow computer dapat menerima input dari:

Flow meter
Pressure transmitter
Temperature transmitter
Gas Chromatograph
Pulse input
Frequency input
Digital input
Analog input
Communication interface

Flow computer kemudian melakukan perhitungan untuk menghasilkan informasi seperti:

Flow rate
Volume
Totalized volume
Volume pada base condition
Mass flow, jika aplikasinya mendukung
Energy, jika data heating value tersedia
Alarm dan diagnostic
Metering report

7. Mengapa Flow Computer Diperlukan?

Gas merupakan fluida yang compressible, sehingga volume gas dapat berubah akibat perubahan pressure dan temperature.

Sebagai contoh, volume gas pada pressure tinggi berbeda dengan volume gas pada pressure rendah.

Oleh karena itu, angka yang dibaca oleh meter pada kondisi operasi perlu dihitung atau dikonversikan sesuai dengan base/reference condition yang digunakan dalam sistem metering.

Secara sederhana:

              FLOW METER
                   │
                   ▼
            Actual Flow/Volume
                   │
                   │
        ┌──────────┼──────────┐
        │          │          │
        ▼          ▼          ▼
    Pressure   Temperature   Gas
                            Composition
        │          │          │
        └──────────┼──────────┘
                   ▼
             FLOW COMPUTER
                   │
                   ▼
        Compensated Flow/Volume

8. Hubungan Pressure, Temperature, dan Compressibility

Dalam perhitungan gas, parameter pressure (P) dan temperature (T) sangat penting.

Selain itu terdapat compressibility factor (Z) yang menggambarkan penyimpangan perilaku gas nyata dibandingkan dengan gas ideal.

Secara sederhana, hubungan volume actual dan volume pada base condition dapat dituliskan: $V_b = V_a \times \frac{P_a}{P_b} \times \frac{T_b}{T_a} \times \frac{Z_b}{Z_a}$

Dengan:

$V_b$ = volume pada base condition
$V_a$ = volume pada actual condition
$P_a$ = actual absolute pressure
$P_b$ = base absolute pressure
$T_a$ = actual absolute temperature
$T_b$ = base absolute temperature
$Z_a$ = compressibility factor pada actual condition
$Z_b$ = compressibility factor pada base condition

Persamaan tersebut merupakan bentuk sederhana untuk menjelaskan konsep. Implementasi aktual bergantung pada jenis meter, gas properties, standar perhitungan, dan konfigurasi flow computer.

9. Pengaruh Gas Composition terhadap Perhitungan

Gas composition memiliki hubungan penting dengan perhitungan metering karena komposisi gas memengaruhi beberapa sifat fisik gas.

Salah satu parameter penting adalah compressibility factor (Z).

Selain itu, komposisi gas juga dapat digunakan untuk menentukan:

Molecular weight
Relative density
Heating value
Energy content
Parameter gas lainnya

Karena itu, perubahan gas composition dapat menyebabkan perubahan parameter yang digunakan dalam perhitungan flow.

Secara sederhana:

Gas Composition
       │
       ▼
Gas Properties
       │
       ├── Molecular Weight
       ├── Relative Density
       ├── Compressibility
       └── Heating Value
       │
       ▼
Flow Computer
       │
       ▼
Metering Calculation

10. Hubungan Meter, Stream, Gas Composition, dan FlowComp

Keempat konsep tersebut dapat dipahami melalui alur berikut:

                    GAS
                     │
                     ▼
                ┌─────────┐
                │ STREAM  │
                └────┬────┘
                     │
                     ▼
                  METER
                     │
             Flow / Volume
                     │
                     ▼
             ┌─────────────┐
Pressure ────►             │
Temperature ─► FLOW        │
GC Data ─────► COMPUTER    │
             │             │
             └──────┬──────┘
                    │
                    ▼
          Compensated Volume
                    │
                    ▼
             Reporting / SCADA

Dari diagram tersebut dapat dipahami:

Meter memberikan data pengukuran aliran.

Stream menunjukkan jalur pengukuran tempat meter tersebut berada.

Gas Chromatograph memberikan informasi mengenai komposisi gas.

Pressure dan Temperature Transmitter memberikan kondisi operasi gas.

Flow Computer menggabungkan data tersebut dan melakukan perhitungan metering.

11. Contoh Arsitektur Metering System

Contoh sederhana sebuah gas metering station:

                         GAS INLET
                             │
                    ┌────────┴────────┐
                    │     HEADER      │
                    └────────┬────────┘
                             │
              ┌──────────────┼──────────────┐
              │              │              │
              ▼              ▼              ▼
          STREAM 1       STREAM 2       STREAM 3
              │              │              │
           METER 1        METER 2        METER 3
              │              │              │
              └──────────────┼──────────────┘
                             │
                         GAS OUTLET


       Pressure ──────────────┐
       Temperature ───────────┤
       Meter Data ────────────┤
                              ▼
                       FLOW COMPUTER
                              ▲
                              │
                      GAS COMPOSITION
                              │
                         GAS CHROMATOGRAPH
                              │
                              ▼
                   Metering Calculation
                              │
                              ▼
                     SCADA / HMI / Report

Dalam implementasi sebenarnya, konfigurasi dapat jauh lebih kompleks, misalnya menggunakan beberapa flow computer, redundant communication, meter prover system, supervisory system, dan sistem database.

12. Flow Computer dan SCADA

Flow computer biasanya tidak berdiri sendiri. Data hasil perhitungan dapat dikirimkan ke sistem supervisory seperti SCADA atau metering management system.

Contohnya:

Flow Meter
    │
    ▼
Flow Computer
    │
    ├──── Flow Rate
    ├──── Total Volume
    ├──── Pressure
    ├──── Temperature
    ├──── Gas Composition
    ├──── Energy
    └──── Alarm/Diagnostic
              │
              ▼
            SCADA
              │
       ┌──────┴──────┐
       ▼             ▼
    Operator      Historian
                     │
                     ▼
                  Report

Operator dapat memonitor kondisi metering secara real-time melalui HMI atau SCADA.

Data historis juga dapat digunakan untuk:

Daily report
Monthly report
Production monitoring
Balance calculation
Custody transfer documentation
Troubleshooting
Performance analysis

13. Metering System untuk Custody Transfer

Salah satu aplikasi penting metering system adalah custody transfer.

Custody transfer merupakan proses pengukuran ketika produk berpindah kepemilikan atau tanggung jawab antara dua pihak.

Contohnya:

Gas Seller
    │
    │
    ▼
[METERING STATION]
    │
    │
    ▼
Gas Buyer

Jumlah gas yang diukur oleh metering system dapat digunakan sebagai dasar transaksi.

Karena berkaitan dengan nilai ekonomi, metering system untuk custody transfer harus dirancang dengan memperhatikan:

Akurasi
Repeatability
Calibration
Meter verification
Instrument uncertainty
Data integrity
Audit trail
Configuration control
Applicable measurement standards

14. Perbedaan Fungsi Setiap Komponen

Agar lebih mudah diingat, berikut ringkasannya:

Komponen	Fungsi
Meter	Mengukur aliran/volume gas
Stream	Menunjukkan jalur pengukuran
Gas Chromatograph	Menganalisis komposisi gas
Pressure Transmitter	Mengukur pressure
Temperature Transmitter	Mengukur temperature
Flow Computer	Melakukan perhitungan metering
SCADA/HMI	Monitoring dan visualisasi
Historian	Menyimpan data historis
Reporting System	Menghasilkan laporan metering

15. Kesimpulan

Meter, Stream, Gas Composition, dan Flow Computer merupakan bagian yang saling berkaitan dalam gas metering system.

Meter berfungsi mengukur aliran atau volume gas pada suatu stream.

Stream merupakan jalur pengukuran yang memiliki meter dan instrumentasi pendukung.

Gas Composition memberikan informasi mengenai kandungan gas yang dianalisis menggunakan Gas Chromatograph. Data ini penting karena memengaruhi berbagai gas properties yang digunakan dalam perhitungan.

Sementara itu, Flow Computer (FlowComp) menjadi pusat perhitungan yang menggabungkan data dari meter, pressure, temperature, dan gas composition untuk menghasilkan nilai flow dan volume yang telah dikompensasi sesuai kondisi referensi yang digunakan.

Secara sederhana, konsepnya dapat diingat sebagai:

Meter mengukur gas, Stream menentukan jalur pengukuran, Gas Composition menjelaskan karakteristik gas, dan FlowComp menghitung hasil pengukuran.

Pemahaman terhadap keempat konsep tersebut merupakan dasar yang penting bagi instrumentation engineer, control engineer, automation engineer, metering engineer, dan teknisi yang bekerja pada sistem pengukuran gas, khususnya pada industri oil & gas dan aplikasi custody transfer.