ANALISA SAFETY,MANAJEMEN RESIKO DAN PENGENDALIAN PADA SISTEM PENGENDALIAN LEVEL LP DRUM WASTE HEAT BOILER PT.PETROKIMIA GRESIK Oleh (Rewijian Gayuh Wisudana, Imam Abadi ST.MT) Jurusan Teknik Fisika – Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Kampus ITS Keputih Sukolilo, Surabaya 60111 E-mail:
[email protected] ABSTRAK LP Drum merupakan bagian dari waste heat boiler yang berfungsi sebagai penampung kondensat sebelum dijadikan uap vapor. Menanggapi penilitian sebelumnya yang menyebutkan LP Drum memiliki nilai tingkatan SIL 1 maka penelitian ini dilakukan guna meningkatkannya menjadi SIL 2 sesuai standar untuk pabrik petrochemical di IEC 61508 dengan metode retrofit. Manajemen resiko digunakan untuk mengetahui biaya pengadaan komponen redundant yaitu LCV 22210 dan LT 22210. Analisa pengendalian level LP Drum menunjukkan bahwa rendahnya tingkatan SIL mempengaruhi respon pengendaliannya menuju set point. Hasil akhir penelitian menunjukkan bahwa terjadi penyimpangan sebesar 0,1Kg/s pada pengendalian level LP Drum dengan tingkatan SIL 1 pada t = 6000 s dan terus meningkat seiring waktu,,maka dilakukan retrofit pada LCV 22210 dan LT 22210 guna meningkatkan SILnya. Peningkatan SIL mampu menekan penyimpangan hingga 0,000001 Kg/s pada t = 6000 s .Untuk melakukan retrofit PT.Petrokimia membutuhkan biaya total sebesar Rp 92.000.000,- dan biaya preventive maintenance Rp 1.065.456,-/tahun. Kata kunci : LP Drum,Keamanan dan manejemen resiko,pengendalian 1. Latar Belakang Salah satu komponen penyusun WHB adalah LP Drum yang berfungsi sebagai penampung awal kondensat yang telah melalui deareator guna menghilangkan mineral-mineral didalamnya. LP Drum yang dimiliki PT.Petrokimia Gresik berguna untuk menjaga ketinggian air kondensat yang notabene sebagai bahan baku penghasil uap. Jika terjadi kegagalan terhadap komponen LP Drum sudah dapat dipastikan bahwa unit waste heat boiler tidak dapat bekerja dan pada akhirnya tidak ada pasokan listrik untuk pabrik I. Melihat umur operasional WHB pada PT.Petrokimia Gresik telah memiliki waktu operasional yang cukup panjang, tanpa berhenti beroperasi sejak sekitar tahun 90-an hingga kini menyebabkan kecurigaan apakah komponenkomponen di dalam unit waste heat boiler khususnya LP Drum masih memiliki kinerja yang sangat bagus untuk melakukan fungsinya. Menyikapi hasil penelitian “Studi realibility ,safety dan quality pada waste heat boiler di PT.Petrokimia Gresik” oleh Andika Bagus Pramana yang menunjukkan hasil bahwa pada WHB berada pada tingkatan safety integrity level (SIL) 1,sedangkan menurut standart IEC 61508 sebuah pabrik proses petrochemical membutuhkan SIL 2 untuk masalah safety standarnya. Safety integrity level (SIL) merupakan tingkatan keamanan sebuah pabrik dimana semakin rendah tingkatan SIL akan semakin buruk keamanannya.
Maka dari itu peneleti tertarik untuk meningkatkan nilai tingkatan SIL dari LP Drum dimana disebutkan LP Drum merupakan bagian dari WHB yang memiliki tingkatan SIL 1. Tidak hanya itu penelitian ini juga membahas resikoresiko yang dapat merugikan pihak perusahaan. Dimana peninjauan resiko tersebut bertujuan untuk melakukan tindakan pencegahan ketika komponenkomponen didalam unit pengendalian level LP Drum mengalami kerusakan. Sedangkan untuk menganalisa kinerja sistem pengendalian yang dipengaruhi oleh tingkatan SIL menggunakan software matlab untuk melihat respon sistemnya. 2. Dasar Teori 2.1 LP Drum Waste Heat Boiler Waste heat boiler adalah alat penghasil uap bertekanan dengan cara melepaskan panas dari proses. Boiler ini mampu menghemat bahan bakar dan biaya energi karena tidak membutuhkan input energi. Alat ini biasanya diletakkan diatas sumber panas yang didalamnya terdapat pipa berisi air yang mengalir sehingga dapat mengubah air menjadi uap panas bertekanan. Uap panas bertekanan ini berfungsi untuk memutar turbin generator. WHB dapat berupa pipa air vertikal atau horizontal tergantung dari desain sumber panasnya,biasanya sumber panas berasal dari gas buang yang cukup untuk mengubah air menjadi uap panas bertekanan yaitu dari furnaces ,incinerator ,gas turbine ,dan diesel exhaust.
1
Loop LP Drum merupakan loop pengendalian setelah deaerator pada proses WHB, loop ini mengendalikan ketinggian permukaan kondensat yang ada pada Low Pressure Drum (LP Drum). Kondensat ini yang nanti pada akhirnya akan diubah menjadi uap untuk proses pada pabrik I – Urea. 2.2 Laju Kegagalan Laju kegagalan () adalah banyaknya kegagalan per satuan waktu. Laju kegagalan dapat dinyatakan sebagai perbandingan antara banyaknya kegagalan yang terjadi selama selang waktu tertentu dengan total waktu operasi komponen atau sistem. [3] Dalam beberapa kasus, laju kegagalan dapat ditunjukkan sebagai penambahan atau Increasing Failure Rate (IFR), sebagai penurunan atau Decreasing Failure Rate (DFR), dan sebagai konstan atau Constant Failure Rate (CFR), pada saat fungsi laju kegagalan (t) adalah fungsi penambahan, penurunan atau konstan. 1) Distribusi Laju Kegagalan: a. Distribusi Normal Distribusi normal yang sering disebut juga dengan distribusi gaussian adalah salah satu jenis distribusi yang paling sering digunakan dalam menjelaskan sebaran data. Jika distribusi waktu antar kegagalan suatu komponen atau sistem mengikuti distribusi normal, maka: [10] Fungsi keandalannya adalah:
t R (t ) 1 ( )
(2.1)
Waktu rata-rata kegagalannya adalah: MTTF= (2.2) b. Distribusi Lognormal Karakteristik distribusi lognormal mempunyai dua parameter yang pertama parameter lokasi () dan yang kedua parameter skala (), sama dengan standar deviasi. Jika distribusi waktu antar kegagalan mengikuti distribusi lognormal, maka: [10] Fungsi keandalannya adalah:
t 1 R (t ) 1 ( ln ) tmed
(2.3)
Waktu rata-rata kegagalannya adalah: MTTF= exp (
2 ) 2
(2.4)
c. Distribusi Weibull Distribusi weibull telah digunakan secara luas dalam teknik keandalan. Karakteristik distribusi weibull adalah: [10], Jika distribusi waktu antar kegagalan suatu
komponen atau sistem mengikuti distribusi weibull, maka: [10] Fungsi keandalannya adalah:
t R(t ) exp
(2.5)
Laju kegagalannya adalah:
t (t )
1
(2.6)
Waktu rata–rata kegagalannya adalah:
1
MTTF = + 1
(2.7)
d. Distibusi Eksponensial Fungsi padat peluang (probability density function) distribusi eksponensial adalah:[10]
f (t ) e
(t )
, t > 0, λ > 0 , t ≥ γ (2.8)
Jika distribusi waktu antar kegagalan suatu sistem mengikuti distribusi eksponensial , maka:[10] Fungsi Kehandalan eksponensial adalah
R (t ) e
(t )
distribusi (2.9)
Laju kegagalan distribusi eksponensial adalah (t ) (2.10) Waktu rata–rata kegagalan distribusi weibull adalah
MTTF
1
(2.11)
2.3 Safety Integrity Level Safety Integrity Level (SIL) adalah tingkatan range keamanan dari suatu equipment berbasis instrument (Safety Instrumented System - SIS) [Mefredi_csfe, 2007], atau nilai ukur dari performansi suatu peralatan-peralatan yang mengkonfigurasi safety instrumented system (SIS) seperti sensor, logic solver, dan final element. SIL merepresentasikan besarnya probabilitas of failure on Demand (PFD) atau probabilitas kegagalan dari komponen safety instrumented system (SIS) ketika ada permintaan [ISA 84.01, 2007]. Yang dimaksud dengan permintaan disini adalah permintaan proses kepada SIS ketika terdapat suatu bahaya seperti overtemperature, overspeed, overvibration, loss of
2
flame yang mengijinkan agar proses di amankan dengan cara men-trip-kan keseluruhan proses. dimana menurut standard IEC 61508/61511 atau ISA 84, terdapat 4 tingkatan SIL yaitu Tabel 2.1 Safety Integrity Level [Wright, Ph.D.,Raymond, 1999]
Kerugian berdasarkan waktu (Discontinuity days) Merupakan waktu yang hilang atau terbuang ketika peralatan rusak. Risk Analysis Dimana perkiraan biaya yang harus dikeluarkan pihak perusahaan apabila suatu peralatan mengalami kerusakan.Perhitungan Resiko Tenaga Kerja (RTK) dengan persamaan dibawah ini: RTK = Likelihood x MTTR x Total upah perjam (2.20)
Berikut ini salah satu metode kuantitatif untuk menentukan PFD dari sebuah SIF [Wright, Ph.D.,Raymond, 1999]
PFD AVG _ element RRF
1 PFD
element Ti element 2
(2.17)
Risk Evaluation Merupakan tahap evaluasi yang mana dapat membandingkan antara proses identifikasi dan analisis dari resiko sehingga akan didapat suatu hasil sebagai bahan pertimbangan untuk menjawab masalah-masalah atau mengatasi resiko
(2.18)
Dimana : λ = laju kegagalan (failure rate) komponen Ti = Test interval (Ti) RRF = Risk Reduction Factor 2.4 Manajemen Resiko adalah suatu proses untuk mengetahui, menganalisa serta mengendalikan resiko dalam setiap kegiatan atau aktivitas perusahaan yang diaplikasikan untuk menuju efektivitas manajemen yang lebih tinggi dalam menangani kesempatan yang potensial dan kerugian yang dapat mempengaruhi perusahaan. Risk Assessment Risk Assessment atau penilaian resiko merupakan proses identifikasi nilai kerusakan (severity), analisis serta evaluasi resiko. Kriteria Likelihood Resiko Kriteria resiko yang berdasarkan frekuensi kerusakan komponen, maksudnya adalah nilai yang menunjukkan seberapa sering kegagalan terjadi pada suatu komponen dari unit PLTG dalam kurun 17 tahun waktu operasional. (2.19) Nilai Likelihood = Kriteria Konsekuensi Resiko Kerugian berdasarkan biaya perbaikan merupakan biaya yang ditanggung perusahaan karena adanya perbaikan terhadap kerusakan yang terjadi pada masing-masing komponen.
2.5 Pengendalian Aksi pengendalian yang dipakai dalam sistem pengendalian dapat ditentukan dari respon sistem pada saat diberi masukan. Dalam pengendalian ada banyak aksi pengendalian diantaranya pengendali proporsional, integral, dan differensial, atau gabungan dari ketiga pengendalian tersebut. [Gunterus, 1994] Kontrol PID merupakan alat standar bagi otomasi industri. Fleksibilitas pada kontroller membuat kontrol PID digunakan pada banyak situasi. Kontroller juga dapat digunakan pada selective control maupun konfigurasi kontroller yang lain. Algoritma PID dapat didefinisikan sebagai u (t ) K c (e (t )
1 TI
t
e(t )dt T 0
D
de ) dt
(2.21)
3. Metodologi Penelitian 3.1 Identifikasi Sistem Pengendalian LP Drum Loop LP Drum merupakan loop pengendalian setelah deaerator pada proses WHB, loop ini mengendalikan ketinggian permukaan kondensat yang ada pada Low Pressure Drum (LP Drum). Kondensat ini yang nanti pada akhirnya akan diubah menjadi uap untuk proses pada pabrik I – Urea. Ada 3 buah instrumen pada loop ini, yaitu Level Transmitter, Level Indicator Controller, dan Level Control Valve yang terhubung secara seri.
3
hubungan antara nilai Kehandalan (R(t)) dengan waktu operasional. Nilai kehandalan juga berfungsi untuk mendapatkan waktu minimal untuk melakukan preventive maintenance. Setelah mendapatkan nilai kehandalan akan dihitung nilai kehandalan yang menggunakan preventive maintenance. 3.4 Penentuan Nilai Safety Integrity Level (SIL) Nilai SIL bukanlah hasil perhitungan matematis, melainkan hanya berupa nilai konversi dari nilai PFD yang telah didapatkan. Untuk mengkonversikan nilai tersebut digunakan standar IEC 61508. Masing-masing tingkat memiliki aplikasi tersendiri, misalnya untuk Nuclear Plant sebaiknya harus berada di tingkat SIL 4. Jadi dengan pertimbangan kelengkapan pengkonversian maka ditentukan menggunakan standar IEC 61508.
Gambar 3.1 metodologi penelitian Mengumpulkan data berupa data maintenance komponen pengendalian level LP Drum yang berupa data history kegagalan dan perbaikan pada seluruh komponen yang terdapat pada unit WHB. Pada tahap ini, data-data yang diperoleh akan diolah dengan menggunakan metode kuantitatif yang meliputi antara lain: Evaluasi failure rate Evaluasi kehandalan 3.2 Perhitungan Failure Rate Failure rate atau biasanya dilambangkan oleh lamda ( λ) digunakan untuk perhitungan PFD guna mengkonversikan ke dalam nilai SIL. Nilai failure rate tidak dapat diperoleh secara langsung dari data perusahaan. Untuk mendapatkanya dibutuhkan tanggal kerusakan tiap komponen yang akan dianalisa menurut periode yang ditentukan. Dari data tanggal tersebut dicari nilai TTF (Time To Failure) untuk dengan menggunakan bantuan software Weibull ++6 seperti yang telah dijelaskan pada bab sebelumnya. Sebelum melakukan perhitungan laju kegagalan dibutuhkan parameter distribusi untuk perhitungannya.
3.5 Retrofit Sistem Yang Bernilai SIL 1 Pada tahap ini mula-mula memparalelkan desain awal yang semula pada LCV 22210 dan LT 22210 hanya memiliki satu alat saja tanpa cadangan alat,ditambahkan menjadi dua alat, ditunjukkan oleh gambar fault tree analysis nantinya. Setelah gambar FTA telah dilakukan maka perhitungan PFD paralel baru bisa dimulai. Tahap selanjutnya adalah menghitung PFD baru yang telah diparalelkan. Nilai laju kerusakan yang digunakan adalah laju kerusakan ketika selang waktu preventive maintenance yaitu untuk LCV 22210 pada t = 2300, LT 22210 pada t = 700 dan LIC pada t = 15000. 3.6 Manajemen Resiko Mengidentifikasi kegagalan komponen yang dapat menyebabkan unit pengendalian level LP Drum mengalami trip dengan menggunakan fault tree analysis (FTA). Dari gambar 3.2 akan didapatkan komponen LCV 22210 dan LT 22210 yang akan dianalisa sesuai pada subbab 2.4.
3.3 Perhitungan Kehandalan Berdasarkan penentuan parameter uji dengan menggunakan bantuan software Reliasoft Weibull++ Version 6 dapat menenentukan kehandalan dengan menggunakan persamaanpersamaan yang ada. Hasil dari perhitungan kehandalan dapat di plot dalam sebuah grafik Gambar 3.2 FTA pengendalian level LP Drum
4
3.7 Pemodelan Proses Pengendalian Ketinggian LP Drum Sistem pengendalian ketinggian pada LP Drum menggunakan konsep kesetimbangan energi.
( ) 3,23 = ( ) 0,08 + 1
(2.24)
4. Analisa Data dan Pembahasan Evaluasi kuantitatif dilakukan dengan mencari parameter distribusi dari data history kerusakan dan perbaikan komponen-komponen yang ada didalam unit pengendalian level LP Drum. Evaluasi ini digunakan untuk menentukan laju kegagalan dan kehandalan sebagai fungsi waktu {R(t)}. 0.00120
Dari proses pengendalian ketinggian LP Drum diatas, ditentukan nilai ̇ , ̇ , ̇ , ̇ ̇ . nilai ̇ merupakan laju aliran massa dari kondensat. ̇ merupakan laju aliran massa ke flash vessel. ̇ adalah laju aliran ke feed water pump. ̇ laju aliran massa ke LP evaporator,sedangkan untuk ̇ merupakan laju aliran massa dari LP evaporator. Maka digunakan persamaan seperti berikut. 0,184 ( ) = (2.22) 1,0028 +1 ( ) 3.8 Pemodelan LCV 22210 Aktuator yang digunakan adalah Control Valve, yang berfungsi untuk mengendalikan level pada steam drum. Untuk control valve dengan tipe I/P Converter yang mengubah sinyal input 4-20 mA menjadi sinyal pneumatic 3-15 psig, dan akan mengoperasikan control valve LV 22210. Dalam hal ini, control valve memiliki masukan sinyal berupa arus listrik kemudian diubah menjadi tekanan untuk menggerakkan level control valve. Karakteristik dari control valve adalah equal percentage normally close. Fluida yang mengalir pada LCV 22210 adalah condensate dengan laju aliran maksimum 21,1 Kg/s dan laju aliran minimum adalah 11,6 Kg/s. LCV 22210 merupakan control valve criteria Air to Open (fail closed), dimana pada sinyal 4mA control valve menutup sedangkan pada sinyal 20mA control valve memiliki laju aliran maksimum. 1,31 ( ) = (2.23) 0,62 +1 ( ) 3.9 Pemodelan LT 22210 Level yang diukur oleh LT 22210 adalah level atau ketinggian dari water yang terdapat pada LP Drum. LT 0201 merupakan D/P transmitter, yang mentransmisikan signal sebesar 4-20 mA DC. Measurement length LT 22210 adalah 4,95m dan time konstan sebesar 0,08 detik. sehingga pemodelannya menjadi:
0.00100 0.00080 0.00060 0.00040 0.00020 0.00000 500 1440 2880 4320 5760 7200 8760 26280 43800 61320 78840 96360 113880 131400 148920
Gambar 3.3 Aliran massa LP Drum
Laju kegagalan LCV 22210 Laju kegagalan LT 22210 Laju kegagalan LIC 22210 Gambar 4.1 laju kegagalan LCV 22210 dan LT 22210 Dari hasil perhitungan dan plot grafik failure rate dapat dilihat bahwa pada komponen LCV 22210 mengalami peningkatan yang drastis dari waktu operasional 8760 jam ke 43800 jam. Peningkatan yang drastis tersebut disebabkan kemampuan dari komponen tersebut sudah berkurang seiring berjalannya waktu. Komponen menjadi tidak dapat berfungsi maksimal untuk membuka dan menutup laju aliran fluida pada kondensat, dikarenakan komponen tersebut bekerja secara berkala dan terus menerus. Dari hasil perhitungan dan plot grafik failure rate dapat dilihat bahwa pada komponen LT 22210 mengalami peningkatan yang drastis dari waktu operasional 8760 jam ke 26280 jam. Peningkatan yang drastis tersebut disebabkan kemampuan dari komponen tersebut sudah berkurang seiring berjalannya waktu. Komponen menjadi tidak dapat berfungsi maksimal untuk mendeteksi ketinggian kondensat pada LP Drum, dikarenakan komponen tersebut bersentuhan dengan fluida yang dapat menimbulkan korosif. Dari hasil perhitungan dan plot grafik failure rate dapat dilihat bahwa pada komponen LIC 22210 mengalami peningkatan yang drastis dari waktu operasional 8760 jam namunjika dilihat dari yang lainnya, laju kegagalan pada LIC 22210 tidak terlalu mengalami peningkatan yang sangat drastis.
5
Dari ketiga grafik tersebut yang menunjukkan tren meningkat dapat dikategorikan masuk dalam fase wear out,untuk menanggulangi terjadinya peningkatan pada ketiga komponen tersebut dapat dilakukan preventive maintenance yang dapat menurunkan nilai failure rate. Maka akan dihitung rentang preventive maintenance yang tepat untuk keduannya,sebelumnya akan dilihat dahulu kehandalan kedua komponen sesuai pada gambar 4.2. 1.20000 1.00000 0.80000 0.60000 0.40000 0.20000
500 1440 2880 4320 5760 7200 8760 26280 43800 61320 78840 96360 113880 131400 148920
0.00000
Kehandalan LCV 22210 Kehandalan LT 22210 Kehandalan LIC 22210 Gambar 4.2 kehandalan LCV 22210 dan LT 22210 Terlihat pada gambar bahwa nilai kehandalan pada LT 22210 semakin lama akan semakin menurun seiring waktu,dapat dilihat bahwa pada komponen LT 22210 mengalami penurunan yang drastis dari waktu operasional 8760 jam ke 26280 jam. Begitu juga dengan LCV 22210 dan LIC 22210.Hal itu dikarenakan pemakaian yang terus menerus sehingga daya tahan sebuah alat akan semakin berkurang fungsinya. Untuk meningkatkan nilai kehandalannya dapat dilakukan sebuah preventive maintenance. 4.1 Analisa Keamanan Analisa keamanan ini berupa penentuan Probabilty Failure on Demand (PFD), Failure Rate (λ) dan Safety Integrity Level (SIL) pada komponen-komponen yang terdapat didalam pengendalian level LP Drum Tabel 4.1 Hasil Perhitungan Analisa Keamanan untuk komponen pengendalian level LP Drum pada saat Ti = 8760 dan Ti =148920 jam Instrument
t
λ(t)
PFD
LCV 22210
8760
0,00010
0,42235
148920
0,00095
70,9785
8760
0,00008
0,36122
148920
0,00035
26,1389
8760
0,0000056
0,02437
148920
0,0003110
23,16000
LT 22210 LIC 22210
SIL SIL 1 SIL 1 SIL 1 SIL 1 SIL 1 SIL 1
Tabel 4.1 merupakan hasil perhitungan analisa keamanan untuk komponen-komponen LP Drum pada saat interval waktu 8760 jam dan 148920 jam. Dimana dari hasil perhitungan tersebut memperlihatkan bahwa pada saat kurun waktu satu tahun atau 8760 jam komponen yang memiliki nilai laju kegagalan (failure rate) paling besar adalah komponen LCV 22210 dengan nilai sebesar 0,00010. Sementara itu untuk komponen yang memiliki nilai Probabilty Failure on Demand (PFD) paling besar adalah LCV 22210 dengan nilai sebesar 0,42235, sedangkan untuk komponen yang memiliki nilai Risk Reduction Factor (RRF) paling kecil adalah LCV 22210 dengan nilai sebesar 2,36768. Sedangkan untuk interval waktu 148920 jam. Dimana dari hasil perhitungan tersebut memperlihatkan bahwa pada saat kurun waktu 17 tahun atau 148920 jam komponen yang memiliki nilai laju kegagalan (failure rate) paling besar adalah tetap pada komponen LCV 22210 dengan nilai sebesar 0,00095. Sementara itu untuk komponen yang memiliki nilai Probabilty Failure on Demand (PFD) paling besar adalah LCV 22210 dengan nilai sebesar 70,9785, Dari hasil perhitungan pada dua interval waktu diatas,terlihat bahwa semakin besar laju kegagalan suatu peralatan maka kemungkinan terjadinya gagal berfungsi akan semakin besar dan tingkat penurunan resikonya akan semakin kecil. Begitu juga dengan semakin sering suatu peralatan dilakukan maintenance maka kemungkinan terjadinya gagal berfungsi akan semakin kecil dan tingkat penurunan resikonya semakin besar. Dapat dilihat bahwa frekuensi terjadinya kegagalan fungsi kerja akan mempengaruhi tingkatan SIL yang notabene adalah tingkatan keamanan sebuah plant terhadap kemampuan melakukan fungsinya. Dari analisa keamanan diatas dapat dilihat bahwa unit pengendalian level LP Drum memiliki tingkat keamanan yang rendah. Hal tersebut dapat dibuktikan dengan tingginya nilai PFD dari setiap instrument penyusunnya yaitu LCV 22210, LT22210 dan LIC 22210. Sehingga untuk meningkatkan tingkat keamanan dari unit pengendalian LP Drum adalah melakukan peningkatan keamanan dari masing masing komponen dengan meretrofit sistem pengendaliannya itu sendiri dengan cara memparalelkan instrument yang memiliki nilai tingkatan SIL dibawah standart IEC 61508. Cara berikutnya adalah melakukan preventive maintenance sesuai dengan perhitungan kehandalan menggunakan preventive maintenance. 4.2 Meningkatkan SIL Sesuai Standar IEC 61508 Guna meningkatkan SIL 1 pada pengendalian level LP Drum maka dilakukan redundant untuk komponen LCV 22210 dan LT
6
22210,maka desain awal dirubah menjadi pada gambar 3.1 untuk mendapatkan PFD yang baru,Persamaan ini dapat digunakan untuk komponen paralel saja,tidak untuk komponen seri. . (3.1) = 2 Didapatkan waktu preventive maintenance minimal untuk LCV 22210 pada t = 2300,LT 22210 pada t = 700 dan LIC 22210 pada t = 15000. Maka PFD yang baru dan tingkatan SIL yang baru dapat dilihat pada tabel 4.2. PFD awal menggunakan PFD ketika t = 2300 untuk LCV 22210,t = 700 untuk LT 22210 dan LIC pada t = 15000 sesuai dengan waktu preventive maintenance. Tabel 4.2 PFD redundant dan nilai SIL setelah redesain. Instrument PFD PFD PFD SIL awal baru Total LCV 22210 0,034561 0,001194 0,002 SIL 331 2 LT 22210 0,000023 0,000063 0,019573 LIC 22210 0,001074
Tabel 4.3 merupakan hasil perhitungan likelihood resiko dan waktu rata-rata komponenkomponen pengendalian level LP Drum mengalami kerusakan. Dari hasil tersebut terlihat bahwa komponen LCV 22210 memiliki frekuensi kerusakan paling besar yaitu sebesar 0,78 kali selama kurun waktu satu tahun,dikarenakan LCV22210 merupakan komponen besar gabungan dari komponen-komponen positioner, plug, seat ring, body, gasket, I/P dan balance seal maka sebenarnya kerusakan-kerusakan pada komponen tersebut juga termasuk kerusakan LCV22210. Hubungan dengan nilai likelihood adalah jika nilai rata-rata perbaikan semakin besar dan nilai likelihood juga besar maka kerugian akan kehilangan waktu produksi akan semakin besar pula. 4.3.2 Kerugian Berdasarkan Biaya Perbaikan Kerugian berdasarkan biaya perbaikan ini merupakan biaya yang ditanggung perusahaan karena adanya perbaikan terhadap kerusakan yang terjadi pada komponen-komponen LP Drum. Biaya ini terdiri dari biaya penggantian spare part, biaya tenaga kerja dan konsekuensi operasional perusahaan. Tabel 4.4 Biaya pergantian komponen LP Drum Nama Komponen
4.3 Manajemen Resiko 4.3.1 Penentuan Likelihood Penentuan likelihood resiko berdasarkan frekuensi kerusakan suatu komponen yang terjadi dalam suatu periode waktu. Periode waktu yang digunakan adalah selama satu tahun, sehingga hasil dari perhitungan likelihood ini adalah berapa kali komponen-komponen pengendalian level LP Drum tersebut akan rusak dalam waktu satu tahun. Tabel 4.3 Hasil likelihood LP Drum Nama Komponen
Likelihood/tahun
LCV 22210
(kali) 0,78
Positioner LCV 22210
0,44
Plug LCV 22210
0,41
Seat Ring LCV 22210
0,54
Body LCV 22210
0,54
Gasket LCV 22210
0,57
I/P LCV 22210 Balance Seal LCV 22210 LT 22210
0,55
0,68
Displacer LT 22210
0,31
Transmitter LT 22210
0,14
LIC 22210
0,10
0,55
Biaya Penggantian Komponen
LCV 22210
Rp 75.000.000,00
PositionerLCV 22210
Rp 5.500.000,00
Plug LCV 22210 Seat Ring LCV 22210 Body LCV 22210
Rp 34.480.000,00
Gasket LCV 22210
Rp 3.000.000,00
I/P LCV 22210 Balance Seal LCV 22210 LT 22210
Rp 2.100.000,00
Displacer LT 22210 Transmitter LT 22210 LIC 22210
Rp 6.700.000,00
TOTAL
Rp 4.000.000,00 Rp 21.558.000,00
Rp 3.600.000,00 Rp 17.000.000,00
Rp 11.505.000,00 Rp 783.044.000,00 Rp 967.487.000,00
Terlihat pada tabel 4.3 bahwa LIC 22210 merupakan komponen termahal jika terjadi kerusakan, padahal pada nyatanya tidak mungkin untuk sebuah LIC seharga harga tersebut. Hal itu dikarenakan LIC 22210 LP Drum PT.Petrokimia tergabung dalam satuan DCS, jarang sekali sebuah LIC yang dalam kasus ini tergabung dalam DCS mengalami kerusakan. Jikalau terjadi kerusakan belum tentu sebuah DCS itu yang rusak akan tetapi hanya tampilan LIC 22210 saja yang mengalami
7
gangguan. Hal itu dapat dilihat dari nilai konsekuensi likelihood yang bernilai 0,10 pada tabel 4.3. Kerugian berikutnya adalah kerugian berdasarkan biaya tenaga kerja. Biaya tenaga kerja yang diperhitungkan disini adalah biaya tenaga kerja perawatan yang dialokasikan untuk menangani LCV 22210,LT 22210 dan LIC 22210. Rincian untuk biaya tenaga kerja adalah sebagai berikut: Tabel 4.5 Upah Tenaga Kerja per jam Jumlah Total Upah Nama Komponen Pekerja Per Jam LCV 22210 Positioner LCV 22210 Plug LCV 22210 Seat Ring LCV 22210 Body LCV 22210 Gasket LCV 22210 I/P LCV 22210 Balance Seal LCV 22210 LT 22210 Displacer LT 22210 Transmitter LT 22210 LIC 22210
3
Rp
60.000,00
3
Rp
58.092,00
3
Rp
58.092,00
2
Rp
58.092,00
3
Rp
83.088,00
3
Rp
83.088,00
3
Rp
83.088,00
2
Rp
55.392,00
3
Rp
83.088,00
2
Rp
55.392,00
Rp
83.088,00
Rp
83.088,00
3 3
TOTAL
I/P LCV 22210 Balance Seal LCV 22210 LT 22210 Displacer LT 22210 Transmitter LT 22210 LIC 22210 TOTAL
Rp
45.827,66
Rp Rp Rp Rp Rp Rp
30.551,77 22.474,13 7.140,59 4.050,70 2.398,69 369.683,00
Berdasarkan hasil perhitungan total konsekuensi didapat bahwa biaya yang harus dikeluarkan perusahaan untuk tenaga kerja ketika komponen-komponen pengendalian level LP Drum mengalami kerusakan adalah Rp 369.683,00 4.4 Pengaruh Fungsi Realibility Pengujian terhadap laju kegagalan berguna untuk membuktikan nilai tingkatan SIL mempengaruhi pengendalian atau tidak. Seperti diketahui SIL ditentukan oleh nilai konversi PFD,sedangkan PFD sendiri berbanding lurus dengan nilai laju kegagalan. Selanjutnya dilakukan penanaman fungsi laju kegagalan pada tiap komponen instrumen sistem pengendalian. Respon penanaman fungsi reliability terhadap sistem pengendalian dapat dilihat pada gambar grafik 4.16 dan 4.17 di bawah ini :
Rp 843.588,00
Berikut biaya total tenaga kerja atau total konsekuensi resiko tenaga kerja selama satu tahun bisa didapatkan dengan mengalikan total upah tenaga kerja perjam-nya dengan total perkalian MTTR dengan likelihood. Misalnya untuk komponen seat ring memiliki Resiko Tenaga kerja adalah sebagai berikut:
Gambar 4.3 Respon sistem pengendalian dengan kondisi SIL 1
Tabel 4.6 Total konsekuensi
Nama Komponen LCV 22210 Positioner LCV 22210 Plug LCV 22210 Seat Ring LCV 22210 Body LCV 22210 Gasket LCV 22210
Total Konsekuensi Rp Rp Rp Rp Rp Rp
56.888,29 32.740,77 32.412,77 38.796,28 44.669,69 51.732,54
Gambar 4.4 Respon sistem pengendalian dengan kondisi SIL 2 Pada gambar 4.3 nampak terlihat jelas bahwa sistem pengendalian sulit untuk mencapai set point. Pada t = 1000 penyimpangan telah
8
dimulai menjauhi set point, hingga pada saat t = 6000 terjadi penyimpangan sebesar 0,1 Kg/s . Hal ini dikarenakan dengan seiring bertambahnya waktu maka tingkat kehandalan dalam setiap komponen akan semakin menurun. Dan dengan meningkatnya nilai failure rate (λ) yang semakin besar, menyebabkan pula keandalan yang semakin menurun dari masing-masing instrumen. Dengan program maintenance yang berkala atau meredundant (paralel) komponen seperti pada transmitter/control valve, hal tersebut dapat direduksi menjadi lebih kecil nilai failure ratenya serta akan meningkatkan nilai dari SIL itu sendiri. Berikut akan ditampilkan gambar 4.5 dan 4.6 sebagai perbandingan jika menggunakan Kp,Ti dan Td pada kondisi real plant tanpa tuning.
Gambar 4.5 Respon sistem pengendalian dengan kondisi SIL 1 dengan PID pabrik Terlihat jelas bahwa kondisi tanpa tuning dan setelah di tuningkan tidak akan berefek pada penyimpangan,akan tetapi tuning PID hanya akan menghilangkan osilasi respon sebelum mencapai set point. Berikut juga ditampilkan respon sistem dengan Kp,Ti dan Td kondisi real plant setelah diredundant.
meredundantkan LCV 22210 dan LT 22210 yang menghasilkan SIL 2 Preventive maintenance dilakukan minimal 2300 jam atau 95 hari sekali untuk LCV 22210, sedangkan untuk LT 22210 minimal setiap 700 jam atau 30 hari dan LIC 22210 setiap 15000 jam atau 20,83 bulan untuk menjaga agar unit pengendalian tetap pada SIL 2 Berdasarkan nilai likelihood didapatkan komponen dari gasket LCV 22210 mengalami kerusakan paling sering yaitu 0,78 kali/tahun,hal tersebut berbanding lurus dengan kehandalan LCV 22210 sebesar 0,00096 yang merupakan kehandalan terburuk dari lainnya pada saat t = 148920 atau 17 tahun. Untuk meningkatkan SIL PT.Petrokimia Gresik harus mengeluarkan biaya sebesar Rp 92.000.000 untuk mengadakan redundant komponen LCV 22210 dan LT 22210, sedangkan untuk biaya preventive maintenance dibutuhkan biaya Rp 1.065.456/tahun Nilai tingkatan SIL yang terintegrasi dengan reliability berpengaruh pada keakuratan respon pengendalian,yaitu Fungsi laju kegagalan yang semakin meningkat menyebabkan sistem control tidak mampu mengejar set point yang telah diberikan. Nilai Kp, Ti, Td hasil tuning berturut-turut sebesar 3,6 ; 2; 0,5
5.2 Saran Saran yang dapat diberikan berdasarkan serangkaian kegiatan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut: Untuk meningkatkan SIL dapat menggunakan metode redundant terhadap komponen dengan nilai SIL dibawah standar dan melakukan preventive maintenance secara berkala dengan rentang waktu yang berdekatan Pada penelitian selanjutnya dapat melakukan penelitian sepert penelitian ini terhadap semua komponen di dalam waste heat boiler PT.Petrokimia Gresik DAFTAR PUSTAKA Jianye Ching, Equivalence between reliability and factor of safety, Probabilistic Engineering Mechanics vol 24 .2009, pp 159171. [2]. Andrija Volkanovski,dkk , Application of the Fault Tree Analysis for assessment power system reliability, Reliability Engineering and System Safety, Vol 94, 2009,pp 1116-1127. [3].D.N.P Murthy, T.Osteras and M.Rausand, Component Reliability Spesification, Reliability Engineering and System Safety, Vol.94, 2009, pp 1609-1617 [4]. A. R. Qureshi, The role of hazard and operability study in risk analysis of major [1].
Gambar 4.6 Respon sistem pengendalian dengan kondisi SIL 2 dengan PID pabrik 5. Kesimpulan dan Saran 5.1 Kesimpulan Setelah dilakukan perhitungan, analisis serta pembahasan maka didapatkan beberapa kesimpulan pada penelitian ini yaitu: Tingkatan SIL LP Drum saat ini pada tingkatan SIL 1,maka dilakukan retrofit dengan cara
9
hazard plant, Snamprogetti Ltd., Hampshire RG 21 277, UK. [5]. Arnljot, H., dan Marvin, R. “System Reliability Theory”. John Wiley & Sons Inc., The Norwegian Institute of Technology, 1994. [6]. Bagus, Andhika. “Study Reliability Safety and Quality pada Instumen di Waste Heat Boiler PT Petrokimia Gresik” , Surabaya: Teknik Fisika-ITS.,2010 [7]. Merpati, Lelita. “Study Risk Management pada Feed Reboiler Heater di Unit VDU dengan Menggunakan metode Hazard and Operabilty (HAZOP) dan Fault Tree Analysis (FTA). Surabaya: Teknik Fisika-ITS.,2009 [8]. Putro, Hantoro. A.”Redesain Basic Process Control System (BPCS) Dan Safety Instrumented Sytem (SIS) Untuk Memenuhi Safety Integrity Level (SIL) Pada Burner Package Boiler Di Pt Pupuk Kaltim Bontang”, Surabaya: Teknik Fisika-ITS., 2009 [9]. Dhillon, B.S. 2005. Reliability, Quality, and Safety for Engineers, CRC Press, USA [10]. Ebeling,Charles E. 1997. An Introduction to Reliability and Maintainability Engineering, The McGraw-Hill Companies, Singapore. [11]. Gunterus, Frans, 1994, “Falsafah Dasar :Sistem Pengendalian Proses” Jakarta : Elex Media Komputindo. [12]. Liptak, Bella G. 1995. “Instrument Engineer’s Handbook : Process Control”. Radnor – Pennsylvania : Chilton Book Company. [13]. Ogata, Katsuhito. 1997. “Kontrol Automatik”. Jakarta : Erlangga.
BIO DATA PENULIS: Nama : Rewijian Gayuh W NRP : 2407100052 TTL :Surabaya,6 nopember 1989 Alamat : Jl Kebonsari LVK 7/39,SBY Riwayat Pendidikan : SDN mergorejo I Surabaya SLTPN 12 Surabaya SMAN 15 Surabaya Teknik Físika ITS
10
