Analisis Keandalan Pada Boiler PLTU dengan Menggunakan Metode Failure Mode Effect Analysis (FMEA)
Weta Hary Wahyunugraha 2209100037 Teknik Sistem Pengaturan Jurusan Teknik Elektro Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2013
Bab I Pendahuluan
Pendahuluan
Latar Belakang • Boiler merupakan salah satu peralatan penting dalam pembangkitan tenaga listrik • Keluaran boiler harus selalu konsisten dalam masa operasi peralatan • Penurunan kinerja dari boiler yang disebabkan oleh kegagalan yang terjadi pada masa operasi • Belum adanya sistem informasi yang mencakup kejadian kegagalan pada masa operasi boiler dan peralatan pendukungnya.
Pendahuluan
Permasalahan • Adanya kegagalan yang terjadi pada boiler mempengaruhi kinerja dari boiler tersebut. • Kegagalan sebuah peralatan yang berdampak pada peralatan lain atau kegagalan tersebut disebabkan oleh kegagalan sebuah peralatan. • Tidak tersedianya informasi yang cukup untuk mendukung kegiatan perawatan dan perbaikan komponen. • Dalam kegiatan perawatan belum terdapat prioritas perawatan terhadap peralatan yang memiliki dampak besar terhadap keberlangsungan sistem.
Pendahuluan
Batasan Masalah • Data yang digunakan berupa data bentuk kegagalan dan time to failure dari tiap-tiap peralatan boiler dan sistem pendukungnya yang didapat dari PT. Indonesia Power. • Analisis yang dilakukan yaitu secara kuantitatif dengan matematis perhitungan keandalan dan secara kualitatif dengan metode FMEA • Perawatan peralatan yang dilakukan harus diprioritaskan menurut keandalan dari peralatan. • Sistem pendukung yang digunakan yaitu menggunakan bahasa program PHP dan MySQL berdasarkan masukan data kerusakan serta hasil analisis sesuai dengan FMEA worksheet.
Pendahuluan
Tujuan Penelitian • Mengidentifikasikan failure mode, failure cause, dan failure effect dari kegagalan fungsi, menentukan komponenkomponen kritis ,meningkatkan keandalan peralatan. • Memberikan informasi kepada penggguna tentang adanya kegagalan sehingga mencegah kegagalan untuk berikutnya. • Mengidentifikasi sejauh mana tingkat kefatalan, keseringan kejadian dan sistem deteksi untuk mendukung nilai keandalan peralatan.
Bab II Dasar Teori
Dasar Teori • Boiler
Dasar Teori • Boiler Walltube, Boiler Insulation, Furnace, Main burner, Soot blower system, Mechanical Safety Valve, Boiler Drum, FD Fan
Dasar Teori
• Boiler Feed Pump (BFP) • Pompa, Discharge Motor Valve, Inlet Strainer ,Motor, Bearing motor, Stator motor, Mechanical Seal, Rotor Motor, Control System
Dasar Teori
• Marine Fuel Oil Pump Pompa, Motor ,Line piping & auxiliries, Heater Set, MFO Header
Dasar Teori • Superheater
• Air Heater Elemen Air Heater, Bearing, Radial Seal, Air Heater Motor
Dasar Teori
• Keandalan Probabilitas bahwa suatu sistem tersebut berfungsi dengan baik untuk melakukan tugas tertentu. Keandalan suatu sistem merupakan ukuran probabilitas yang merupakan fungsi dari waktu sehingga untuk mengetahui keandalan sistem tersebut diperlukan suatu fungsi yang disebut fungsi keandalan atau R(t).
• Mean Time To Failure Keandalan dari suatu sistem seringkali diberikan dalam bentuk angka yang menyatakan ekspektasi masa pakai sistem tersebut, yang dinotasikan E [T] dan sering disebut dengan rata-rata waktu kerusakan atau Mean Time To Failure (MTTF)
Dasar Teori
• Laju Kerusakan • Laju kerusakan (h(t)) menyatakan banyaknya kerusakan yang terjadi tiap satuan waktu atau laju proporsi kerusakan sesaat untuk komponen yang bertahan sampai dengan saat itu. • Karakteristik kerusakan DFR ( Decreasing Failure Rate) CFR ( Constant Failure Rate ) IFR ( Increasing Failure Rate)
Dasar Teori • Model Probabilitas Komponen Distribusi Weibull 2 parameter Distribusi ini dikembangkan oleh Weibull. Fungsi keandalannya diberikan sebagai berikut: R(t ) exp t Di mana : = disebut dengan slope/kemiringan dari fungsi Weibul. > 0. = disebut scala parameter (menentukan karakteristik dari life time). > 0. Laju kerusakan : t ht (t ) 1
MTTF exp t dt 0
MTTF
1 1 1
Dasar Teori • Failure Mode Effect Analysis (FMEA) FMEA merupakan sebuah metodologi yang digunakan untuk menganalisa dan menemukan : o Semua kegagalan-kegagalan yang potensial terjadi pada suatu sistem o Efek-efek dari kegagalan ini yang terjadi pada sistem dan bagaimana cara untuk memperbaiki atau meminimalkan kegagalan-kegagalan atau efek-efeknya pada sistem (Perbaikan dan minimalis yang dilakukan berdasarkan pada sebuah ranking dari severity dan probability dari kegagalan)
Dasar Teori • Failure Mode Effect Analysis (FMEA) Kriteria FMEA 1. Severity (Tingkat Kefatalan) 2. Occurrence (Tingkat Kejadian) 3. Detection (Tingkat Deteksi) Setelah pemberian rating dilakukan, nilai RPN dari setiap penyebab kegagalan dihitung dengan rumus : RPN = Severity x Occurrence x Detection
Dasar Teori • Failure Mode Effect Analysis (FMEA) Prosedur Penyusunan FMEA • Mengidentifikasi proses atau produk • Membuat daftar masalah-masalah potensial yang akan muncul • Memberikan tingkatan pada masalah untuk severity, occurrence dan detection. • Menghitung risk priority number (RPN) dan menentukan prioritas tindakan perbaikan • Mengembangkan tindakan untuk mengurangi resiko
Dasar Teori • Failure Mode Effect Analysis (FMEA) FMEA Worksheet
• • • • • • • • •
FMEA worksheet untuk mengetahui laporan dari semua kegagalan adalah sebagai berikut : Item/process Failure Failure effect Failure cause Recommended action Severity Occurrence Detection RPN
Bab III Perancangan Sistem
Perancangan Sistem • Diagram Alir Perancangan Sistem
Start Boiler dan peralatan pendukungnya
Tentukan peralatan, bentuk kegagalan
subsistem
dan
Informasi efek kegagalan dan penyebab
Analisa Kualitatif
Penilaian S,O,D dan mengkalkulasi nilai RPN peralatan
Data waktu operasi peralatan (t),Informasi MTTF peralatan Analisa Kuantitatif Mendapatkan nilai keandalan R(t) dan laju kerusakan peralatan h(t) Laporan dan Rekomendasi kegiatan yang harus dilakukan untuk kegiatan perawatan Stop
Perancangan Sistem • Analisis Kualitatif FMEA Start Tentukan peralatan, sub peralatan dan bentuk kegagalan
Penyebab kegagalan dan dampak kegagalan yang mungkin terjadi
Penilaian severity, occurrence dan detection
Penghitungan nilai RPN
Stop
Perancangan Sistem • Analisis Kualitatif FMEA Pada tahap analisis kualitatif boiler dan sistem pendukungnya dianalisis dampak dan penyebab kegagalan serta penilaian menurut kriteria FMEA. Tabel Severity (tingkat kefatalan) Rangking 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
Severity Berbahaya tanpa peringatan
Deskripsi Kegagalan sistem yang menghasilkan efek sangat berbahaya
Berbahaya dengan Kegagalan sistem yang menghasilkan efek peringatan berbahaya Sangat tinggi Sistem tidak beroperasi Sistem beroperasi tetapi tidak dapat Tinggi dijalankan secara penuh Sistem beroperasi dan aman tetapi Sedang mengalami penurunan performa sehingga mempengaruhi output Mengalami penurunan kinerja secara Rendah bertahap Sangat rendah Efek yang kecil pada performa sistem Kecil Sedikit berpengaruh pada kinerja sistem Sangat kecil Efek yang diabaikan pada kinerja sistem Tidak ada efek Tidak ada efek
Perancangan Sistem • Analisa Kualitatif FMEA Tabel Occurence Rangking
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
Occurrence Sangat tinggi Tinggi
Sedang
Rendah Tidak ada efek
Deskripsi Sering gagal Kegagalan yang berulang
Jarang terjadi kegagalan Sangat kecil terjadi kegagalan Hampir tidak ada kegagalan
Perancangan Sistem • Analisa Kualitatif FMEA Tabel Detection Rangking
Detection
Deskripsi
10
Tidak pasti
Perawatan preventif akan selalu tidak mampu untuk mendeteksi penyebab potensial atau mekanisme kegagalan dan mode kegagalan.
9
Sangat kecil
8
Kecil
7
Sangat rendah
Perawatan preventif memiliki kemungkinan “very remote” untuk mampu mendeteksi penyebab potensial atau mekanisme kegagalan dan mode kegagalan. Perawatan preventif memiliki kemungkinan “remote” untuk mampu mendeteksi penyebab potensial atau mekanisme kegagalan dan mode kegagalan. Perawatan preventif memiliki kemungkinan sangat rendah untuk mampu mendateksi penyebab potensial kegagalan dan mode kegagalan.
6
Rendah
5
Sedang
4
Menengah keatas
3
Tinggi
2
Sangat tinggi
1
Hampir pasti
Perawatan preventif memiliki kemungkinan rendah untuk mampu mendeteksi penyebab potensial atau mekanisme kegagalan dan mode kegagalan. Perawatan preventif memiliki kemungkinan “moderate” untuk mendeteksi penyebab potensial atau mekanisme kegagalan dan mode kegagalan. Perawatan preventif memiliki kemungkinan “moderately High” untuk mendeteksi penyebab potensial atau mekanisme kegagalan dan mode kegagalan. Perawatan preventif memiliki kemungkinan tinggi untuk mendeteksi penyebab potensial atau mekanisme kegagalan dan mode kegagalan. Perawatan preventif memiliki kemungkinan sangat tinggi untuk mendeteksi penyebab potensial atau mekanisme kegagalan dan mode kegagalan. Perawatan preventif akan selalu mendeteksi penyebab potensial atau mekanisme kegagalan dan mode kegagalan.
Perancangan Sistem • Analisa Kualitatif FMEA Tabel FMEA Worksheet
Perancangan Sistem • Analisa Kuantitatif
Start Tentukan peralatan, sub peralatan dan bentuk kegagalan
Nilai MTTF peralatan
Masukan waktu operasi (t)
Mendapatkan nilai keandalan (R(t)) berdasarkan waktu operasi (t) dan mencari laju kerusakan (h(t))
Stop
Perancangan Sistem • Laporan START
Hasil analisa kualitatif FMEA
Hasil analisa kuantitatif (R(t) dan h(t))
Penyimpanan data pada database
Menampilkan laporan semua peralatan dan diperingkat berdasarkan R(t), RPN,severity dan occurence
STOP
Bab IV Pengujian Sistem
Pengujian Sistem Pengujian Analisis Kualitatif Peralatan
Sub Peralatan
Genbank / Walltube
Bentuk Kegagalan
Kebocoran genbank tube / walltube
Boiler
Penyebab
Kualitas air yang disebabkan kebocoran condensor
Tube, Bend Tube bocor (indikasi pemakaian air banyak, pengamatan flow Feed Water) Boiler insulation
Furnace
Kebocoran boiler insulation Furnace Pressure High
Burner Trip
Boiler Main Burner
Kebocoran flexible hose atomizing steam
Gagal Start / gagal penyalaan
1. Fin tube bocor 2. Korosif Plugging elemenelemen air heater Loss Of flame 1.Modul flame rusak 2.Flame scanner kotor 3.Nozzle Spray Buntu Flexible terlalu pendek,Kualit as flexible kurang baik,O ring rusak Pilot torch penyalaan kecil,Burner travelling yang bisa disebabkan oleh udara instrument maupun gland burner house
Dampak
S
O
D
RPN
Unit derating beban mencapai 50% dan dapat menyebabkan trip unit
9
4
4
144
Unit derating beban mencapai 50% dan dapat menyebabkan trip unit
8
4
5
160
Kerugian kalor yang terbuang
4
4
3
48
Unit trip
7
1
3
21
Derating
4
7
5
140
Burner tidak standby, derating
3
4
4
48
Burner trip, derating
8
4
4
128
Pengujian Sistem Pengujian Analisis Kuantitatif Sub peralatan
R(t)
h(t)
e−
0.00005638t 2.143866
0.0001208(0.00005638t)1.148866
Boiler e− Insulation
0.00010207t 2.143906
0.0002188(0.00010207t)1.143906
0.000003182t 2.144
0.000006822(0.000003182t)1.144
0.00010207t 2.143906
0.0002188(0.00010207t)1.143906
Walltube
Furnace Main Burner
e− e−
Sub Peralatan
R(t)
h(t)
Walltube
0.802209
0.0000539357
Boiler Insulation
0.455344
0.000192537
Furnace
0.999536
0.000000113586
Main Burner
0.455344
0.000192537
Pengujian Sistem Perbandingan Keluaran Analisis FMEA dengan Analisis Kuantitatif
Peralatan
Sub Peralatan Genbank / Walltube
Boiler
Boiler insulation Furnace Main Burner
RPN
R(t)
Kebocoran genbank tube / walltube
144
0.802209
Tube, Bend Tube bocor (indikasi pemakaian air banyak, pengamatan flow Feed Water)
160
0.802209
Kebocoran boiler insulation
48
0.455344
Furnace Pressure High
21
0.999536
Burner Trip
140
0.455344
Kebocoran flexible hose atomizing steam
48
0.455344
Gagal Start / gagal penyalaan
128
0.455344
Bentuk Kegagalan
Pengujian Sistem Pengujian Perangkat Lunak Pengujian ini berguna untuk mengetahui keluaran dari perangkat lunak yang digunakan dalam menganalisa keandalan. Tampilan halaman muka dibawah ini mencakup informasi halaman awal web, profil perusahaan, informasi boiler, FMEA, Laporan FMEA .
Pengujian Sistem Pengujian lainnya yaitu melihat keluaran dari analisis FMEA dimana masukan yang diberikan berupa jenis peralatan, sub peralatan dan bentuk kegagalan. Masukan yang diberikan memberikan keluaran berupa informasi dampak, penyebab, rangking severity, occurrence, detection, RPN dan MTTF.
Pengujian Sistem • Keluaran pada perangkat lunak untuk analisa kuantitatif
Pengujian Sistem • Laporan
Bab V Kesimpulan dan Saran
Kesimpulan dan Saran Kesimpulan Pada penelitian tentang analisis FMEA pada Boiler PLTU dapat disimpulkan beberapa hal, yaitu : • Analisis kuantitatif yang dilakukan pada sebuah peralatan menunjukkan bahwa keandalan pada boiler dan peralatan pendukungnya mengalami penurunan keandalan selama masa operasi peralatan. • Analisis FMEA mampu untuk memberikan informasi dampak kegagalan dan penyebab kegagalan dari suatu bentuk kegagalan serta memberikan peringkat untuk tingkat kefatalan (Severity), tingkat kejadian (Occurence) dan tingkat deteksi (Detection) pada masing-masing bentuk kegagalan. • Perangkat lunak yang dibuat penelitian ini sudah mampu untuk melakukan analisis keandalan secara kualitatif dan kuantitatif. Tetapi perangkat ini masih belum bisa menunjukkan hubungan secara spesifik tentang keandalan dengan metode FMEA dikarenakan keterbatasan dalam hal data kerusakan peralatan dari perusahaan yang masih kurang informatif.
Kesimpulan dan Saran
Saran • • •
Pengembangan perangkat lunak dengan membuatnya lebih dinamis sehingga pada tiap overhaul tidak dibutuhkan FMEA yang baru lagi Membuat interface FMEA berupa simulasi plant sehingga dapat membantu memonitoring kerja peralatan berdasarkan keandalannya secara virtual. Penggabungan FMEA dengan RCM sehingga dapat memprediksi kegagalan yang terjadi di masa yang akan datang serta interval perawatan berdasarkan keandalannya.
Terima Kasih
