SISTEM BACKUP GAS NITROGEN SUPPLY DI PT. INDOGASRAYA UTAMA (SAMATOR GROUP) KENDAL Fajar Wisnu Aribowo (L2F 000 602) Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Abstrak - Gas nitrogen di PT. Indogasraya Utama diproduksi oleh Air Separation Plant (Plant Pemisah Udara/ASP) yang memisahkan udara menjadi tiga bagian, yakni oksigen, argon dan nitrogen. Gas nitrogen secara langsung disalurkan ke dua relasi tetap melalui jalur distribusi pipe line. Penggunaan gas nitrogen secara terus selama proses produksi pada pabrik relasi mengharuskan suplai gas selalu terjaga dari kemungkinan terjadinya gangguan pada plant utama. Sistem Backup akan segera menangani atau menggantikan suplai gas nitrogen ini apabila terjadi gangguan/kerusakan plant ASP ataupun terputusnya aliran listrik PLN secara cepat tanpa mengurangi kualitas dari gas nitrogen tersebut. Sistem backup ini juga merupakan penghubung dari plant ASP untuk menuju ke plant nitrogen. Instrumen-instrumen dan kontroler yang digunakan pada sistem backup ini bekerja secara pneumatik. I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Sistem Backup diperlukan agar suplai gas nitrogen ke relasi dapat terus terjaga jikalau terjadi suatu gangguan terhadap plant utama (ASP). Pada sistem backup ini digunakan kontroler pneumatik sebagai aksi kontrol utamanya. Keseluruhan sistem backup dibentuk oleh piranti-piranti elektonik maupun mekanik yang sangat mendukung terhadap performansi dan kinerja sistem. Piranti pendukung sistem backup antara lain : kontroler, control valve, tranmitter dan recorder. 1.2 Batasan Masalah Adapun batasan masalah dalam makalah ini adalah sebagai berikut: 1. Penjelasan secara garis besar mengenai proses produksi gas nitrogen dan oksigen. 2. Proses kerja dari sistem Backup dan komponen pendukung sistem Backup.
II. PT INDOGASRAYA UTAMA PT. Indogasraya Utama merupakan perusahaan di bawah naungan Samator Group yang memproduksi Gas Industri, khususnya Oksigen, Nitrogen, Argon serta Hidrogen yang memulai produksinya pada tahun 1992. PT Indogasraya Utama didirikan di daerah Semarang Kendal, ini karena adanya perkembangan industri dan permintaan gas yang semakin meningkat khususnya di Jawa Tengah. Dimana kebutuhan gas tersebut sebelumnya disuplai dari Jawa Timur. PT Indogasraya Utama berdiri berada diantara 2 perusahaan lain yang merupakan relasi tetap dari suplai
gas nitrogen yang yang pendistribusiannya melalui jalur pipeline. Dua perusahaan ini adalah PT Tensindo dan PT Polysindo, dimana sistem backup ditujukan untuk membackup suplai gas nitrogen untuk dua perusahaan ini.
III. DASAR TEORI Hampir semua proses dalam dunia industri membutuhkan peralatan-peralatan otomatis untuk mengendalikan parameter-parameter prosesnya. Otomasi tidak hanya diperlukan demi kelancaran operasi, keamanan, ekonomi maupun mutu produk tetapi lebih mengutamakan kebutuhan pokok. Ada banyak parameter yang harus dikendalikan di dalam suatu proses diantaranya : • Tekanan ( pressure ) • Level ( Ketinggian/Volume ) • Aliran ( flow) • Suhu (temperature ) Kontroler otomatik berfungsi untuk membandingkan harga yang sebenarnya dari keluaran plant atau proses dengan harga yang diinginkan, menentukan deviasi, dan menghasilkan suatu sinyal kontrol yang memperkecil deviasi sampai harga yang kecil/nol 3.1 Control Valve Control valve adalah suatu instrumen yang berfungsi sebagai final control element (FCE) pada suatu pengendalian aliran bahan dalam suatu proses. Di dalam aliran ini dapat dipakai sebagai pengendali permukaan zat cair, jumlah aliran, tekanan maupun suhu. Dalam penggunaannya di industri, control valve dibedakan menjadi 3 jenis yaitu : a. Control valve elektrik : Control valve yang bekerja dengan menggunakan penggerak arus/tegangan listrik. b. Control valve hidrolik : Control valve yang bekerja dengan menggunakan penggerak fluida ( air/minyak ) c. Control Valve pneumatik : Control valve yang bekerja dengan menggunakan penggerak pneumatik. 3.2 Aktuator Pneumatik Aktuator adalah suatu elemen yang mengubah sinyal kontrol ke dalam gaya yang besar atau torsi sebagaimana yang dikehendaki untuk menggerakan beberapa elemen kontrol. Ada banyak jenis aktuator, salah satunya adalah aktuator pneumatik. Prinsip kerja
dari aktuator pneumatik berdasarkan konsep dasar dari pressure yaitu gaya per satuan luas. Jika ada tekanan yang bekerja pada suatu luas permukaan diaphragm maka dibutuhkan gaya sebesar F = ( P1 – P2 ) dimana P1 – P2 = beda tekanan ( Pa ) A = Luas permukaan diaphragm ( m2 ) F = Gaya ( N )
IV. DESKRIPSI PROSES PLANT PEMISAH UDARA (ASP) Proses pemisahan udara menjadi liquid oksigen, nitrogen dan argon (dikenal dengan LONA) di PT. Indosagraya Utama yaitu dengan cara pembuatan suhu dingin dibawah -194˚C dengan kemurnian tinggi. Cara ini dikenal dengan proses kriogenik. Secara garis besar proses pemisahan udara adalah sebagai berikut :
udara (plant ASP) atau terputusnya aliran listrik PLN maka dibutuhkan suatu sistem backup yang mampu menangani suplai gas secara cepat dan tanpa mengurangi kualitas dari gas nitrogen tersebut. Sistem backup terdiri dari beberapa bagian diantaranya adalah : 1. Tank Liquid Nitrogen 2. Pompa 3. Backup Tank 4. Evaporator 5. Pressure Control 6. Check Valve 7. Control Valve (pneumatik) 4.1 Regulator Tekanan Pada Sistem Backup Regulator tekanan digunakan sebagai pengatur tekanan (menentukan set point) secara pneumatik dan sebagai kontrol otomatis pada pipa backup yang akan menutup jika suplai dari proses LONA masih berjalan. Regulator ini terdiri dari 2 komponen utama yaitu a. KFP Pressure Indicating Controller b. Control Valve.
Gambar 3.1 Proses pemisahan udara secara umum
Udara atmosfer dihisap oleh kompresor melalui filter udara untuk menghilangkan kotoran debu untuk selanjutnya didinginkan dalam komponen-komponen pendingin Air Cooling Part yang terdiri dari penukar panas (heat exchanger), freon refrigerator dan water separator. Setelah dipisahkan oleh water separator antara udara proses dengan air suling (air suling ini digunakan untuk memproduksi hidrogen dengan proses elektrolisa air), udara proses ini dimurnikan lagi dari kotoran-kotoran seperti karbondioksida dan uap air dalam unit Molecular Sieves. Aliran udara kering bersuhu 27˚C yang keluar dari unit molecular sieve kemudian didinginkan lagi dalam menara kolom yang terdapat pada cold box untuk dipisahkan menurut boilling point dari masing-masing gas. Langkah-langkah pada proses LONA meliputi 6 tahapan : 1. Penyediaan bahan baku 2. Penyediaan udara tekan 3. Pendinginan udara tekan 4. Pemurnian udara tekan 5. Pemisahan udara tekan
V. SISTEM BACKUP GAS NITROGEN SUPPLY Gas nitrogen yang diproduksi dari Air Separation Plant digunakan sebagai suplai langsung untuk 2 relasi tetap (PT. Polysindo dan PT. Tensindo) secara langsung melalui jaringan pipa. Kesediaan gas nitrogen ini harus selalu terjamin secara terus menerus tanpa terhenti. Sehingga apabila terjadi kerusakan pada plant pemisah
Gambar 4.1 Regulator Tekanan
Sebagai pengaturan tekanan : Jika tekanan yang keluar dari valve terlalu besar/kecil maka KFP akan mengirimkan sinyal kontrol ke control valve yang akan sedikit membuka/menutup untuk menyesuaikan nilai (tekanan) yang telah di set (set point). Sebagai kontrol otomatis pada pipa backup : Prinsip dari pengaturan tekanan adalah jika diinginkan tekanan yang besar maka valve harus dibuka dan begitu juga sebaliknya, sehingga apabila ada tekanan yang lebih besar dari set point (plant ASP berjalan) berada pada pipa keluaran valve maka KFP akan mengirimkan sinyal pneumatik ke control valve untuk menutup pipa backup. 4.1.1 KFP Pressure Indicating Controller (Pressure Control) KFP tipe Indicating Controller berfungsi pengatur tekanan, indikator dan pengukur nilai process variable (PV) yang pada waktu bersamaan akan
membandingkan dengan set point (SP). Sinyal output dari KFP ini berupa kontrol pneumatik dengan kisaran 0,2 sampai 1,0 kgf/cm2. Instrumen ini dapat metransmisikan sinyal pneumatik antara 0,2 sampai 1,0 kgf/cm2 yang disesuaikan dengan nilai proses yang terukur.
A. Positioner Pada sistem backup ini digunakan positioner valve pneumatik model HTP yang merupakan instrumen dengan tipe kontrol penyeimbang tekanan. Sinyal pneumatik dari positioner mengendalikan control valve dengan menggunakan suplai udara sebagai alat bantu dan feedback cam untuk memposisikan control valve seturut sinyal udara dari kontroler.
Gambar 4.4 Positioner
Gambar 4.2 Pressure Indicating Controller
Ujung-ujung dari sensor digerakkan secara proporsional terhadap nilai proses (PV) yang terukur. Pergerakan ujung sensor dilewatkan pada sebuah link yang membangkitkan mekanisme yang akan memperbesar dan mengindikasi penyimpangan pada skala. Pada waktu yang bersamaan, melalui link yang lain kontrol deviasi diumpankan ke kontroler unit yang akan melakukan aksi kontrol proportional terhadap jumlah deviasi untuk menghasilkan sinyal kontrol pneumatik keluaran.
4.1.2 Control Valve Pneumatik Control valve digunakan untuk memberikan perubahan sehingga variabel yang dikontrol akan selalu berada pada harga yang diinginkan (set point). Control valve akan mengubah masukan yang diberikan oleh bagian kontroler menjadi suatu bentuk tindakan (aksi dalam proses). Control valve yang digunakan dalam sistem backup nitrogen adalah jenis kontrol valve pneumatik.
Fungsi utama dari HTP valve positioner adalah sebagai instrumen force-balance. Dengan adanya perubahan (efek) dari sinyal udara dari kontroler, positioner akan mengumpankan udara tekan ke aktuator sampai tekanan dari sinyal kontroler seimbang dengan tekanan yang dihasilkan oleh pergerakan valve. Untuk meningkatkan stabilitas operasional, pilot akan menyeimbangkan udara suplai dengan volume udara dari pipa buang. Ketika udara sinyal meningkat, stem pilot akan bergerak kebawah menutup port pipa gas buang dan membuka port gas suplai yang akan meningkatkan tekanan pada aktuator (Gambar 4.5B). Hasil pergerakan stem valve menekan pegas umpan balik melalui lever dan cam dan memberikan tekanan pada stem pilot hingga tekanan yang dihasilkan sinyal pengontrol setimbang dengan pantulan/tekanan balik dari feedback spring (Gambar 4.5C). Ketika sinyal udara berkurang atau kondisi proses flow mengakibatkan pergerakan stem valve maka pilot akan mengumpankan udara tekan ke aktuator sampai stem pilot setimbang dengan cara serupa yang telah dijelaskan diatas.
Gambar 4.5 Prinsip Kerja Positioner
Gambar 4.3 Struktur Control Valve Pneumatik
Keterangan : a …………… Exhaust Port b …………… Pilot Stem
c …………… Air Inlet Port d …………… Feedback Spring e …………… Cam f …………… Exhaust Bleed B. Aktuator Aktuator adalah bagian dari control valve yang berfungsi untuk menggerakkan valve dengan aksi membuka/menutup. Aktuator ini memiliki pegas dan diafragma yang akan mengubah sinyal kontrol pneumatik menjadi sinyal kontrol mekanik yang mana akan menggerakkan valve untuk membuka/menutup.
Gambar 4.6 Aktuator
C. Valve Valve adalah bagian dari control valve yang berupa plug/shaft yang digunakan sebagai kran untuk keluar masuk aliran. Ada berbagai jenis valve yang digunakan di industri diantaranya adalah Angle valve, Diverting type three way valve, Mixing three way valve, Gate valve, Ball valve, dan Globe valve. Dalam sistem kontrol backup, valve yang digunakan adalah jenis globe valve. Struktur dari globe valve terlihat pada Gambar 4.7.
Gambar 4.7 Struktur Globe Valve
4.2 Proses Backup Gas Nitrogen Supply Sistem backup bekerja apabila terjadi penurunan tekanan gas suplai nitrogen pada plant ASP yang melebihi nilai yang telah diset sebelumnya pada KFP Pressure Indicating Controller. Penurunan tekanan sampai dibawah nilai yang telah diset akan membuka valve (control valve) dari tangki backup bertekanan tinggi yang segera menggantikan suplai gas nitrogen ke
relasi. Apabila aliran listrik PLN terputus atau plant ASP rusak maka tekanan pada pipa akan menurun. Dengan men-set nilai pada pressure control maka pada penurunan tekanan tertentu sistem backup akan bekerja. Gambar prosesnya dapat dilihat pada Gambar 4.8. Tabel 4.1 Keterangan Gambar 4.8
Gas nitrogen yang dihasilkan dari Air Separation Plant (ASP) dihisap oleh compressor ATLAS COPCO untuk dikirim ke relasi. Pada tahap penghisapan ini gas nitrogen yang mula-mula bertekanan 0,27 kgf/cm2 dikompres untuk menghasilkan tekanan 4,00 kgf/cm2 yang diset dalam PC (label C). Apabila tekanan yang dihasilkan melebihi dari yang ditentukan maka PC (Pressure Control) akan membuka control valve dan sebagian gas bertekanan akan dialirkan ulang (diputar). Control valve bekerja sebagai regulator yang akan membuka/menutup untuk mendapatkan tekanan yang sesuai dengan nilai (set) pada PC. Gas kemudian dialirkan ke Glass Factory dan Textil Factory. Untuk ke relasi Textil Factory, gas langsung dikirim tanpa pengaturan tekanan (regulator) terlebih dahulu atau dengan kata lain PT. Polysindo membutuhkan gas nitrogen dengan tekanan 4,00 kgf/cm2. Sedangkan pada PT. Tensindo gas mengalami pengaturan tekanan sebesar 3,7 kgf/cm2 sehingga gas yang semula bertekanan 4,00 kgf/cm2 akan diturunkan menjadi 3,7 kgf/cm2 (diregulasi) sesuai yang diinginkan PT. Tensindo. Sistem backup akan berjalan apabila tekanan gas yang terdeteksi pada kontroler KFP (Pressure Control) J atau K mengalami penurunan (dibawah nilai set point). Terputusnya listrik PLN atau kerusakan pada plant ASP menyebabkan berhentinya proses produksi sehingga tekanan gas menurun. Liquid nirtogen yang dihasilkan dari plant ASP bertekanan 5,1 kgf/cm2 dialirkan masuk ke tangki utama (Tank LIN 1 dan 2 masing-masing bertekanan 5,00 kgf/cm2). Dari tangki ini kemudian dipompa masuk ke tanki backup yang bertekanan 10,0 kgf/cm2. Liquid dari tangki backup ini dialirkan ke dalam evaporator untuk diubah menjadi gas (dipanaskan) bertekanan 11,5 kgf/cm2. Sistem Backup Ke Glass Factory Apabila tekanan gas suply (4,00 kgf/cm2) untuk Glass Factory menurun, maka PC (label I) akan mengecek apakah penurunannya telah melewati batas yang telah ditentukan, yaitu 3,8 kgf/cm2. Jika penurunannya telah melewati (dibawah) 3,8 kgf/cm2, maka PC akan memerintahkan valve dari backup untuk
membuka dan suplai akan digantikan oleh sistem backup ini. Sistem Backup Ke Textil Factory Apabila tekanan gas suply (4,00 kgf/cm2) untuk Textil Factory menurun, maka PC (label K) akan mengecek apakah penurunannya telah melewati batas yang telah ditentukan, yaitu 3,9 kgf/cm2. Jika penurunannya telah melewati (dibawah) 3,9 kgf/cm2, maka PC akan memerintahkan valve dari backup untuk membuka dan suplai akan digantikan oleh sistem backup ini. 4.3 Recording Suplai Gas Nitrogen Ke Panel Instrumen Gas nitrogen yang disuplai ke relasi baik dari plant ASP maupun dari tangki backup akan dicatat ke dalam instrumen digital Intelligent Hybrid Recorder (6-Point Recorder) model DPR500. Recording ini meliputi temperatur, aliran, dan tekanan dari gas yang dialirkan. Diagram blok prosesnya adalah sebagai berikut :
Gambar 4.9 Proses Recording dari Transmiter ke Recorder
Keterangan : 1. 2. 3. 4.
Thermocouple (TT) : temperatur termokopel Pressure Transmitter (PT) : transmiter tekanan Flow Transmitter (FT) : transmiter aliran MV/I Converter (TT-C505) : pengkonversi milivolt ke arus 5. Wiring Block (ST-1) : power suppy 24V 3A 6. Magnetic Counter 7. Programmable Arithmatic Relay : melakukan perhitungan terprogram pada chanel 1 antara pengaruh flow, pressure dan temperatur. 8. Recorder : pencatat hasil pengukuran transmiter dan programmable arithmatic relay secara digital. Terdiri dari 3 chanel untuk tiap relasi yaitu chanel 1 untuk pencatat temperatur, chanel 2 untuk pencatat tekanan, chanel 3 untuk pencatat aliran. 4.3.1 Termokopel Sebuah termokopel terdiri dari sepasang kawat logam yang tidak sama dihubungkan bersama-sama pada satu ujung (ujung pengindera atau ujung panas) dan berakhir pada ujung lain (titik referensi atau ujung
dingin) yang dipertahankan pada suatu temperatur konstan yang diketahui (temperatur referensi). Bila antara ujung pengindera dan titik referensi terdapat perbedaan temperatur, maka akan dihasilkan suatu ggl yang menyebabkan arus didalam rangkaian.
Gambar 4.10 Rangkaian dasar termokopel
e=At+1/2Bt2+1/3Ct3 , diaman t = tempeartur titik indera; A, B dan C adalah konstanta-konstanta bahan termokopel. Besarnya ggl termal tergantung pada bahan kawat yang digunakan dan pada selisih temperatur antara titiktitik sambung. Bahan termokopel yang digunakan adalah platina (pada sistem backup ini). Karena output dari termokopel adalah ggl termal/milivolt sedangkan input yang diperlukan penerima adalah sinyal 4 – 20 mA, maka diperlukan konverter dari milivolt kedalam arus (4 - 20 mA). Instrumen konverter ini adalah NUPAK MV/I converter. Nupak MV/I converter adalah suatu instrumen yang berfungsi mengkonversi sinyal input milivolt dari thermocouple kedalam sinyal output arus 4 sampai 20 mA DC. Arus keluaran (4 sampai 20 mA) yang dihasilkan dapat mengoperasikan instrumen-instrumen penerima seperti indikator/kontroler indikator, programmable arihmatic dan instrumen lain yang menerima input arus 4 – 20 mA. 4.3.2 Smart Transmitter 3000 (series 900) ST3000 Pressure Transmitter adalah instrumen berbasis mikroprosesor yang menghasilkan sinyal output analog 4 – 20 mA dc. Parameterisasi pengukuran pada transmiter dapat dilaksanakan secara remote melalui data digital yang ditumpangkan pada sinyal 4 – 20 mA dengan menggunakan Smart Field Communucator (SFC) didalam ruang instrumen. Transmitter yang digunakan pada sistem backup ini ada dua macam, yaitu ST3000/series 900 Gage Pressure Trainsmitter (STG940) sebagai pressure transmitter dan Differential Pressure Transmitter (STD920) sebagai flow transmitter. Proses kerja dari kedua transmiter hampir sama hanya perbedaannya pada variable proses yang akan diukur.
Gambar 4.13 Struktur DPR500 Gambar 4.11 Struktur ST3000 Transmiter
Prinsip kerja dari pressure transmitter dapat dilihat pada Gambar 4.12.
Gambar 4.12 Prinsip kerja ST3000/series900
Didalam meter body section, gage pressure (STG940) atau differensial pressure (STD920) dari proses fluid akan dideteksi oleh sensor differensial pressure (process pressure sensor) yang akan merespon sebagai perubahan nilai resistan. Sensor differensial pressure ini disusun sebagai salah satu lengan dari jembatan Wheatstone yang mana perubahan resistan ini akan terdeteksi sebagai sinyal arus. Sinyal arus analog ini dikonversi kedalam sinyal digital kemudian diolah didalam mikroprosesor dan outputnya dikonversi dengan menggunakan D/A converter untuk menghasilkan sinyal output analog 4 – 20 mA. 4.3.3 Intelligent Hybrid Recorder (DPR500) DPR500 adalah recorder berbasis mikroprosesor yang memiliki berbagai macam fungsi recording. Datadata dari transmiter di lapangan (pressure, flow dan temperatur termokopel) pada akhirnya akan dicatat didalam recorder ini. DPR500 pada sistem backup ini terdiri dari 12 chanel yang bisa digunakan untuk menampung 4 relasi.
V. KESIMPULAN 1. Proses pemisahan udara pada plant pemisah udara adalah dengan cara pendinginan sampai mencapai boilling point (titik cair) dari masing-masing gas. 2. Komponen penyusun sistem backup adalah Kontroler KFP, Control Valve dan Tangki Backup, sedangkan instrumen untuk control room adalah transmiter, MV/I converter, magnetic counter dan recorder. 3. Untuk sistem backup digunakan kontroler KFP yang bekerja secara pneumatik. 4. Control Valve dalam sistem backup digunakan untuk proses membuka (menaikkan tekanan) dan menutup (menurunkan tekanan) valve. Valve akan membuka/menutup untuk menghasilkan tekanan sesuai dengan set point. Jenis control valve yang digunakan adalah control valve pneumatic. 5. Transmitter dalam sistem backup digunakan untuk mengubah sinyal fisik (pressure atau flow) menjadi sinyal standar 4 – 20 mA dan mentransmisikannya ke kontroler. 6. Tekanan pada pipa sistem backup diatur dengan mengatur besar kecilnya bukaan valve. Besar kecilnya bukaan valve berbanding lurus dengan besarnya sinyal dari kontroler. 7. Tekanan yang besar pada tangki backup digunakan evaporator untuk menjaga kestabilan tekanan tangki.
DAFTAR PUSTAKA 1. Cooper, William David, Instrumentasi Elektronik dan Teknik pengukuran, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1994. 2. Ogata, Katsuhiko, Teknik Kontrol Automatik Jilid 1 , Penerbit Erlangga, Jakarta, 1996. 3. . ……………...., “Instruction Manual Air Separation Unit”,
4. ……………...., “Instruction Manual Backup Sistem N2 Gas”, 5. Krist, Thomas, Dasar-dasar Pneumatik, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1993.
Fajar Wisnu Aribowo (L2F 000 602) Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universirtas Diponegoro, Semarang. Mengambil Konsentrasi Kontrol. Kerja Praktek Dilaksanakan Di PT. INDOGASRAYA Kendal Pada Tanggal 1 Oktober Sampai Dengan 30 Oktober 2004.
Mengetahui/mengesahkan Dosen Pembimbing
Sumardi, ST, MT NIP.132 125 670
