1
IMPLEMENTASI SAFETY INSTRUMENTED SYSTEM (SIS) DENGAN METODE LAYER OF PROTECTION ANALYSIS (LOPA) PADA UNIT KOLOM DISTILASI PABRIK BIO ETHANOL PTPN X MOJOKERTO Firman Nurrakhmad, Totok Ruki B, PhD Teknik Fisika, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail:
[email protected]
Abstrak — Pada Metode Layer Protection Analysis memungkinkan pengguna untuk menentukan risiko yang terkait dengan berbagai peristiwa berbahaya dengan memanfaatkan tingkat keparahan dan kemungkinan peristiwa. Pengambilan data yang digunakan adalah diagram P&ID dan data dari OREDA per komponen yang terdapat kolom distilasi. Hasil dari analisa lopa di peroleh PFD target yang masuk kedalam golongan no SIL = 5 loop, SIL 0 = 3 loop, dan SIL 2 = 1 loop yang berarti hanya ada 1 loop yang mungkin memerlukan SIF yaitu loop 7. Kondisi existing saat ini pada loop 7 dengan target SIL 2, pada loop 7 ini tidak terdapat safety berupa BPCS dan mekanikal safety seperti relief valve untuk keamanan, dan belum ada aturan yang mengatur pelarangan masuk didaerah yang berbahaya. Pada line ini penambahan BPCS tidak bisa dilakukan karena line ini sudah digunakan untuk pengendalian flow. Untuk aturan pelarangan masuk didaerah yang berbahaya tidak bisa dilakukan dikarenakan didaerah tersebut masih banyak orang yang bekerja di area plant tersebut. Penambahan mekanikal safety seperti relief valve tidak mungkin dipasang pada kondisi tekanan terlalu rendah untuk membuka. Yang dimungkinkan adalah penambahan alarm dan penanganannya, yang mememiliki nilai PFD 0,01 menurut IEC 61511. Dengan penambahan alaram dan SOP penanganannya, maka PFD berubah menjadi 8,04E-02 yang berarti menurun menjadi SIL 1. sisa PFD ini merupakan PFD target yang harus dipenuhi SIF.
komponen-komponen dalam suatu sistem dapat berfungsi dengan baik. The Hazard and Operability Study, yang dikenal sebagai HazOp merupakan suatu teknik identifikasi dan analisis bahaya yang digunakan untuk meninjau suatu proses atau operasi pada sebuah sistem secara sistematis. Selain itu HazOp mampu digunakan untuk menentukan apakah penyimpangan dalam suatu proses dapat mendorong kearah kejadian atau kecelakaan yang tidak diinginkan. Karakteristik HazOp yang utama adalah sistematik, menggunakan struktur atau susunan yang tinggi dengan mengandalkan pada guide words dan gagasan tim untuk melanjutkan serta memastikan safeguards sesuai atau tidak dengan tempat dan objek yang sedang diuji. Hazop juga harus diimplentasikan dalam SIS. SIS harus memenuhi SIL atau harga PFD target namun dengan harga seminimal mungkin. Untuk itu optimasi pemilihan instrumen diperlukan. II. METODOLOGI PENELITIAN Mulai
Pengumpulan data (P&ID, Couse Effect Analysis, Leader Diagram)
Hazard analysis dengan metode HAZOP
SIL / PFD Target
Memilih SIS Baru
Kata Kunci— Safety Instrumented System, Safety Integrity Level I. PENDAHULUAN
K
egagalan yang terjadi selama pengoperasian akan berdampak pada ketidakamanan pada operator dan pada yang tidak terindentifikasi atau terkawal dimana peralatan sistem dapat dioperasikan. Kerusakan pada salah satu komponen akan menyebabkan kerusakan yang lebih besar pada seluruh plant. Akibatnya dapat menimbulkan kerusakan plant dan membahayakan kehidupan manusia di sekitar plant. Keamanan dan keselamatan pengoperasian plant akan dapat terpenuhi jika sistem yang ada dapat berfungsi sesuai dengan spesifikasi yang telah ditentukan. Hal ini melatar belakangi kebutuhan dilakukannya suatu penelitian untuk mengetahui setiap potensi bahaya dan bahaya pada sistem tersebut, sehingga diharapkan mampu memberikan rekomendasi pemeliharaan yang tepat agar
Memilih PFD Baru
Tidak
PFD Baru Lebih Besar Dari PFD Target Ya
Hasil dan Analisa
Selesai
Gambar 1. Diagram alir metodologi penelitian. 1. Deskripsi Proses Pabrik Bio Ethanol PTPN X Mojokerto Secara umum, proses pengolahan bahan berpati seperti ubi kayu, jagung dan sagu untuk menghasilkan bio-etanol dilakukan dengan proses urutan. Pertama adalah proses hidrolisis, yakni proses konversi pati menjadi glukosa. Distilasi merupakan pemisahan komponen berdasarkan titik
2 didihnya. Titik didih etanol murni adalah 78 oC sedangkan air adalah 100oC (Kondisi standar). Dengan memanaskan larutan pada suhu rentang 78 – 100oC akan mengakibatkan sebagian besar etanol menguap, dan melalui unit kondensasi akan bisa dihasilkan etanol dengan konsentrasi 95 % volume. Terdapat dua tipe proses destilasi yang banyak diaplikasikan, yaitu continuous-feed distillation column system dan pot-type distillation system. Selain tipe tersebut, dikenal juga tipe destilasi vakum yang menggunakan tekanan rendah dan suhu yang lebih rendah untuk menghasilkan konsentrasi alkohol yang lebih tinggi. Tekanan yang digunakan untuk destilasi adalah 42 mmHg atau 0.88 psi. Dengan tekanan tersebut, suhu yang digunakan pada bagian bawah kolom adalah 35oC dan 20oC di bagian atas. Proses produksi FGE dari bahan berpati disajikan pada Gambar 49, sedangkan Gambar 50 menunjukkan proses produksi FGE dari ubi kayu. 2. Metode pelaksanaan Hazard and Operability Analysis
Definisi Ruang lingkup dan tujuan didefinisikan
Pendokumentasi an Catat hasil pengujian Pengecekan tiap tindakan yang telah dilakukan Tiap bagian dari sistem dipelajari ulang jika diperlukan
Persiapan Studi literatur Pengumpulan data Penetuan metode perekaman Penetuan waktu estimasi pengerjaan Pembuatan jadwal
Pengujian Pecah proses menjadi beberapa bagian Pilih satu bagian proses dan bagian proses ini diperinci Identifikasi penyimpangan yang mungkin terjadi dengan menggunakan guide words pada setiap elemen Identifikasi qonsequences (akibat) dan cause (penyebab). Identifikasi masalah yang telah atau selama ini terjadi. Identifikasi mekanisme sistem perlindungan, pendeteksian dan pengindikasian. Poin-poin di atas diulang untuk tiap-tiap elemen dan untuk bagian lain/.
Gambar 2 Diagram blok pelaksanaan Hazop (IEC, 2001). Secara garis besar analisa hazop dapat dijelaskan sebagai berikut sesuai dengan standar IEC 61882: 1. Proses yang ada pada plant ditinjau secara mendetail. 2. Proses dipecah menjadi lebih kecil dan detail untuk kemudian ditentukan titik yang akan menjadi objek studi. 3. Dicari adanya kemungkinan terjadinya penyimpangan pada setiap proses melalui penggunaan kata kunci sebagai panduan untuk mempermudah proses analisis.
4. Setiap efek negatif yang ditimbulkan oleh setiap penyimpangan (bersama konsekuensinya) tersebut di atas dinilai. Ukuran besar kecilnya efek negatif ditentukan berdasarkan keamanan dan keefisienan kondisi operasional plant dalam keadaan normal. 5. Tindakan penanggulangan atau pencegahan serta mekanisme sistem perlindungan diidentifikasi untuk setiap penyimpangan – penyimpangan yang terjadi. Setelah dilakukan analisa hazop, didapatkan titik yang akan menjadi fokus studi pada tugas akhir ini yaitu pada Kolom distilasi (distillation column). 3. Perhitungan nilai SIL rancangan SIS PFDavg = λDU x PFDavg = Probability Failure on Demaind Average λDU= Failure rate of all dangerous undetected failures TI = Test Interval 4. BPCS Pada Kolom Destilasi
Gambar 3 BPCS pada kolom Destilasi Pada skema BPCS diatas sensor temperatur digunakan untuk mengamati suhu dalam proses destilasi sehingga suhu dapat dikontrol sesuai dengan suhu yang diinginkan untuk memperoleh destilat murni. Jika temperatur berlebih atau kurang maka sangat berpengaruh pada hasil destilasi maka untuk menjaga kestabilan suhu maka di beri katup otomatis yang menjaga suhu agar tetap pada setpoint. 4. Pengolahan Data Penelitian ini diawali dengan mengidentifikasi potensi bahaya & resiko pada setiap komponen di kolom Destilasi menggunakan metode HazOp. Dimulai dengan penentuan node/titik studi, pemilihan guide word dan deviation untuk mendapatkan data-data mode kegagalan yang terjadi pada sistem terkait. Hasil identifikasi bahaya dengan menggunakan HazOp terlampir. Selanjutnya dalam menentukan nilai consequences digunakan metode kualitatif, sedangkan nilai likelihood penelitian menggunakan data time to failure.
3 a. Penentuan Failure Rate Laju kegagalan ditiap komponen diperoleh dari data sheet yang berasal dari vendor atau data failure rate dari OREDA. Dari data sheet tersebut diperoleh data yaitu Safety Integrity Level yang mewakili nilai PFD (Probability Failure on Demand), sehingga nilai failure rate dapat diketahui. Perhitungan failure rate pada level transmitter, flow transmitter, transfer pump sebagai berikut : 1. Failure rate level transmitter. Dari data sheet diketahui SIL komponen yaitu SIL 1, yang mempunyai range PFD (0.1-0.01); Ti (1 tahun) = 8760 jam. Perhitungan failure rate untuk PFDmin=0.1 PFDavg= 0.1 = λmin = 2.2831 × 10-5 Untuk PFDmax= 0.01: PFDavg= 0.01 = λmax = 2.2831 × 10-6 2. Failure rate flow transmitter. Dari data sheet diketahui SIL komponen yaitu SIL 2, yang mempunyai range PFD (0.01-0.001); Ti (1 tahun) = 8760 jam. Perhitungan failure rate untuk PFD min=0.01
λmin = 2.2831 × 10-6 Untuk PFDmax= 0.001 PFDavg=
7
5. Severity Severity adalah langkah pertama untuk menganalisa resiko yaitu menghitung seberapa besar dampak/intensitas kejadian mempengaruhi outputproses. Dampak tersebut diranking mulai skala 1 sampai 10, dimana 10 merupakan dampak terburuk. Proses sistem peringkat yang dijelaskan pada tabel 1 Tabel 1 Skala penilaian untuk severity Rating Severity Ran k
1
Effect
Kriteria Verbal
Causes
Tidak mengakibatkan apaapa, tidak memerlukan penyesuaian.
Proses berada dalam kendali tanpa melakukan penyesuaian peralatan.
Mesin tetap beroperasi dengan aman, hanya terjadi sedikit gangguan peralatan yang tidak berarti. Akibat hanya dapat diketahui oleh operator yang berpengalaman. Mesin tetap beroperasi dengan aman, hany ada sedikit gangguan. Akibat diketahui oleh rata-rata operator. Mesin tetap beroperasi dengan aman, namun terdapat gangguan kecil. Akibat diketahui oleh semua operator.
Proses berada dalam pengendalian , hanya membutuhkan sedikit penyesuaian. Proses telah berada diluar kendali, beberapa penyesuaian diperlukan. Kurang dari 30 menit downtime atau tidak ada downtime sama sekali.
Akibat moderat
Mesin tetap beroperasi normal, namun telah menimbulkan beberapa kegagalan produk. Operator merasa tidak puas karena tingkat kinerja berkurang.
30-60 menit downtime
Akibat signifik an
Mesin tetap beroperasi dengan aman, tetap menimbulkan kegagalan produk. Operator merasa sangat tidak puas dengan kinerja mesin.
1-2 jam downtime.
Akibat major
Mesin tetap beroperasi dengan aman, tetapi tidak dapat dijalankan secara penuh. Operator merasa sangat tidak puas.
2-4 jam downtime.
Tidak ada akibat
PFDavg= 0.01 = λmin = 2.2831 × 10-6 Untuk PFDmax= 0.001 PFDavg= 0.001 = λmin = 2.2831 × 10-7 3. Failure rate Temperrature transmitter. Dari data sheet diketahui SIL komponen yaitu SIL 1, yang mempunyai range PFD (0.1-0.01); Ti (1 tahun) = 8760 jam. Perhitungan failure rate untuk PFDmin=0.1 PFDavg=
2
Akibat sangat ringan
3
Akibat ringan
4
Akibat minor
0.01 = λmin = 2.2831 × 10-6 Untuk PFDmax= 0.001 PFDavg=
5
0.001 = λmin = 2.2831 × 10-7 6 4. Failure rate Pressure(PDT) transmitter. Dari data sheet diketahui SIL komponen yaitu SIL 2, yang mempunyai range PFD (0.01-0.001); Ti (1 tahun) = 8760 jam. Perhitungan failure rate untuk PFDmin=0.01 PFDavg= 0.01 =
0.001 = λmin = 2.2831 × 10-
7
4
8
Akibat ekstrem
9
Akibat serius
10
Akibat berbaha ya
Mesin tidak dapat beroperasi dan telah kehilangan fungsi utamanya. Mesin gagal beroperasi, serta tidak sesuai dengan peraturan keselamatan kerja. Mesin tidak layak dioperasikan, karena dapat menimbulkan kecelakaan secara tiba-tiba, dan hal ini bertentangan dengan peraturan keselamatan kerja..
4-8 jam downtime.
Lebih besar dari 8 jam downtime.
Lebih besar dari 8 jam downtime.
III. HASIL DAN PEMBAHASAN Pada tabel diatas merupakan Hazop pada kolom Distilasi pada pabrik Bioethanol PTPNX di mojokerjo dimana terdapat devition, key, couse, safeguards, dan recommendations.Tabel Hazop mengidentifikasi kegagalan yang biasanya terjadi pada kolom distilasi, dan memberikan rekomendasi untuk mengurangi kegagalan dalam proses. Hasil dari analisa lopa di peroleh PFD target yang masuk kedalam golongan no SIL = 5 loop, SIL 0 = 3 loop, dan SIL 2 = 1 loop yang berarti hanya ada 1 loop yang mungkin memerlukan SIF yaitu loop 7. Kondisi existing saat ini pada loop 7 dengan target SIL 2, pada loop 7 ini tidak terdapat safety berupa BPCS dan mekanikal safety seperti relief valve untuk keamanan, dan belum ada aturan yang mengatur pelarangan masuk didaerah yang berbahaya. Pada tabel lopa yang telah di hitung nilai PFD tersebut menunjukkan bahwa sistem keselamatan yang terpasang yang memiliki nilai SIL pada loop 7 dengan nilai PFD = 8,04E-03 sehingga perlu dilakukan peninjaun ulang untuk dapat meningkatkan keamanan pada plant tersebut. Pada line ini penambahan BPCS tidak bisa dilakukan karena line ini sudah digunakan untuk pengendalian flow. Untuk aturan pelarangan masuk didaerah yang berbahaya tidak bisa dilakukan dikarenakan didaerah tersebut masih banyak orang yang bekerja di area plant tersebut. Penambahan mekanikal safety seperti relief valve tidak mungkin dipasang pada kondisi tekanan terlalu rendah untuk membuka. Yang dimungkinkan adalah penambahan alarm dan penanganannya, yang mememiliki nilai PFD 0,01 menurut IEC 61511. Dengan penambahan alarm dan SOP penanganannya, maka PFD berubah menjadi 8,04E-02 yang berarti menurun menjadi SIL 1. sisa PFD ini merupakan PFD target yang harus dipenuhi SIF. Dalam rangka memenuhi PFD target ini maka dirangcang SIF menggunakan vote 1oo1 dan failure rate dengan nilai PFD yang ada dipasaran yaitu : PFDLOGIC SOLVER PFDSWITCH PFDSOV
P&ID sebelum dan sesudah penambahan SIF untuk loop 7 bisa dilihat pada gambar 4.1 Sebelum penambahan SIF dan sesudah penambahan SIF dari gambar tersebut penambahan SIF berupa 1 switch low – low pressure switch dan 1 SOV
= 2,00E-4 = 8,33E-3 = 2,08E-2
Sehingga didapat nilai PFD yang dirangcang sebesar 2,94E-02, yang berarti PFD design lebih kecil dari pada targer sehingga PFD design dapat digunakan.
Gambar 4 P&ID pada loop 7 sebelum dan sesudah penambahan SIF pada kolom distilasi PFD rangcangan memiliki nilai 2,94E-02 dan PFD target memiliki nilai 8,04E-02, pada PFD rancangan ini ternyata lebih kecil dari pada nilai PFD target sehingga pada SIF rancangan ini bisa digunakan pada permasalahan di loop 7. VI KESIMPULAN DAN SARAN 1. Kesimpulan Berdasarkan hasil analisa yang telah dilakukan maka didapatkan kesimpulan sebagai berikut: a. Hasil dari analisa lopa di peroleh PFD target yang masuk kedalam golongan No SIL = 5 loop, SIL 0 = 3 loop, dan SIL 2 = 1 loop yang berarti hanya ada 1 loop yang mungkin memerlukan SIF yaitu loop 7. b. Pada loop 7 Penambahan mekanikal safety seperti relief valve tidak mungkin dipasang pada kondisi tekanan terlalu rendah untuk membuka. c. Dalam meningkatkan nilai SIL, ada beberapa cara yang dapat diaplikasikan antara lain : 1. Menambahkan pada loop 7 pressure switch low low yang dihubungkan dengan logika or pada logic solver yang selanjutnya dihubungkan kesebuah SOV. 2. Dalam rangka memenuhi PFD target loop 7 ini maka dirangcang SIF menggunakan vote 1oo1 untuk mencapai nilai lebih kecil dari pada sil target.
5 3.
Pada loop 7 PFD rangcangan memiliki nilai 2,94E-02 dan PFD target loop 7 memiliki nilai 8,04E-02
2. SARAN Untuk penelitian selanjutnya bisa dilakukan penghitungan target SIL sebelum perancangan SIS dengan menggunakan metode kualitatif yang merujuk pada standar – standar yang telah ada. X. Daftar Pustaka [1]Ade Nugrahani, 2012. “Perancangan Safety Instrumented System pada Sistem Pengisian Bahan Bakar Pesawat di DPPU Pertamina Juanda”. Teknik Fisika Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya. [2]Anda Iviana Juniani, 2013. “Implementasi Metode HazOp (Hazard and Operability Study) Dalam Proses Identifikasi Bahaya Dan Analisa Resiko Pada Feedwater System Di Unit Pembangkitan Paiton, PT. PJB. Teknik Keselamatan dan Kesehatan Kerja Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya. [3]Anniken Reusch Berg, 2007. “Applicability of Layer of Protection Analysis to determine Safety Integrity Levels in the Process Industry”. Department of Production and Quality Engineering, Norwegian University of Science and Technology, S. P. Andersens v. 5, NO 7491 Trondheim, Norway [4]SALLAK Mohamed, 2007. “OPTIMAL DESIGN OF SAFETY INSTRUMENTED SYSTEMS: A GRAPH RELIABILITY APPROACH” Centre de Recherche en Automatique de Nancy (CRAN) / UMR 7039, Nancyuniversity, CNRS, France. [5]ANSI/ISA-84.01, “Application of Safety Instrumented Systems for the Process Industries”, Research Triangle Park, NC: American National Standard Institute (1996). [6]IEC-61508,“ Functional safety of electrlcal/electronic/programmable electronic safety-related systems”, Geneva: International Electrotechnical Commission (1998). [7]IEC- 61882, “Hazard And Operability Studies (Hazop Studies)-Application Guide”, Geneva: International Electrotechnical Commission (2001). [8]J. Ramesh Babu. 2007. “Layer of Protection Analysis – An effective tool in PHA”, Cholamandalam MS Risk Services Ltd., Chennai, India. [9]M. El-Harbawi, Z. Azhani Bt. Razali, S.M. Faiz B Sy M Fuzi and S. Mustapha, 2010. “Development of a Layer of Protection Analysis Tool to Determine the Safety Integrity Level in Process Industries”. Journal of Applied Sciences.
