JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6
1
Perancangan Safety Instrumented System pada Jalur Unloading Premium di TBBM PERTAMINA Manggis, Bali I Gst Ngr Ken Ray Bhaskara., Ir. Ya’umar, MT Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail:
[email protected] Abstrak— Terminal transit BBM ( bahan bakar minyak) adalah salah satu fasilitas yang digunakan untuk mendistribusikan BBM dari supplier ke konsumen. Jalur unloading merupakan salah satu fasilitas yang berada di TBBM. Berdasarkan analisa HAZOP, pada jalur unloading masih terdapat penyimpangan yang belum diantisipasi dengan benar. Penyimpangan tersebut adalah kebocoran pada pipa. Oleh karena itu, penyusunan tugas akhir ini bertujuan untuk merancang SIS (safety instrumented system) pada jalur unloading premium yang menuju tangki timbun 6 agar proses pengisian premium ke dalam tangki timbun tidak terganggu ketika terjadi kebocoran. Setelah mendapatkan hasil analisa HAZOP, lalu SIS dirancang di simulink. Berdasarkan hasil simulasi, SIS berhasil berkerja ketika nilai flow kurang dari 809,676 m3/h. Penurunan nilai flow tersebut menunjukkan telah terjadi kebocoran pada jalur unloading. Untuk nilai SIL (safety integrity level) perancangan SIS, didapatkan bahwa nilai PFD dari SIS sebesar 0,02614 yang berarti bahwa perancangan SIS berada pada tingkatan SIL 1 Kata Kunci: SIS (Safety Instrumented System), SIL (Safety Integrity Level)
kemungkinan kerugian yang dialami akan semakin besar. Jika hal ini terjadi, tidak menutup kemungkinan akan semakin banyak lagi kerugian yang dialami dikarenakan tidak adanya sistem safety pada jalur unloading 6. Berdasarkan permasalahan diatas, dalam tugas akhir ini penulis merancang SIS pada jalur unloading yang menuju tangki timbun premium 6. SIS ini berfungsi untuk memproteksi jalur unloading dari penyimpangan yang dapat terjadi serta menjaga agar proses tetap berjalan dengan lancar dan aman. Sementara itu, metode HAZOP digunakan untuk menganalisa penyimpangan dan risk dari jalur unloading tersebut. II. URAIAN PENELITIAN START
Penentuan Spesifikasi SIF
Studi Literatur
I. PENDAHULUAN Perancangan SIS
Terminal transit BBM ( bahan bakar minyak) adalah salah satu fasilitas yang digunakan untuk mendistribusikan BBM dari supplier ke konsumen. BBM tersebut didistribusikan menggunakan mobil tangker ataupun kapal tangker. Terminal BBM di Manggis mendistribusikan 8 jenis BBM antara lain premium, solar, pertamax, kerosin, avtur, fame, MDF (marine diesel fuel) dan MFO(marine fuel oil). Kedelapan jenis BBM tersebut disimpan di 19 tangki timbun dan untuk premium disimpan di 4 buah tangki timbun. 4 buah tangki tersebut antara lain tangki 6, 12, 13, dan 14. Suatu industri minyak & gas diharuskan memiliki sistem proteksi yang benar – benar bisa melindungi atau menjaga agar proses tetap berjalan dengan lancar dan aman. Pada terminal BBM Manggis, terdapat beberapa titik yang tidak memiliki sistem pengaman seperti pada jalur unloading. Pada jalur unloading premium 6 sering terjadi berbagai macam penyimpangan seperti kebocoran pada pipa, ekspansi, kebocoran pada sambungan pipa, kebocoran pada PRV (pressure relief valve), kebocoran pada MOV, dan PRV tidak mengalirkan fluida ketika tekanan berlebih. Kenyataannya di lapangan, terdapat penyimpangan yang tidak ditangani secara aman dan benar. Contohnya penanggulangan ketika pipa bocor yang dimana teknisi disana hanya menutup kebocorannya dengan segera walaupun pompa yang digunakan untuk mengalirkan premium masih menyala. Apabila cara tersebut tetap dilakukan maka tidak menutup
Meninjau Plant
Pengumpulan Data Plant (P&ID, data maintenance, spesifikasi komponen)
Tidak
Simulasikan di MATLAB
SIS Berfungsi Melakukan Analisa HAZOP
Ya Penyusunan Laporan
Penentuan Target SIL FINISH
Gambar 1 Flowchart Metodologi Penelitian.
A. Analisa HAZOP Jalur Unloading Premium Sesuai dengan batasan masalah yang dipaparkan pada bab 1 jalur unloading yang ditinjau hanya dari MOV L2-T8 sampai dengan MOV T6.1 . Setelah menentukan bagian plant yang akan ditinjau, langkah selanjutnya adalah mengidentifikasi kemungkinan terjadinya penyimpangan pada
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6
2
setiap proses menggunakan guidewords. Setelah mendapatkan penyimpangan – penyimpangan yang bisa terjadi pada plant yang ditinjau, maka dilihat apakah sudah ada penanggulangan terhadap dampak yang dihasilkan oleh penyimpangan yang terjadi. Apabila tidak ada, maka perlu dibuat SIS untuk mengantisipasi agar penyimpangan tersebut tidak menimbulkan hazardous event. Berdasarkan hal tersebut, penyimpangan yang tidak ada penanggulangannya atau penanggulangannya tidak safety pada plant yang ditinjau kali ini adalah ketika pipa mengalami kebocoran, kebocoran pada MOV, dan kebocoran pada sambungan pipa. Sehingga, pada tugas akhir ini difokuskan perancangan SIS dengan variabel acuannya adalah flow.
•
FSV yang berada di jalur unloading. Lalu membuka 2 bypass valve yang berada di jalur bypass secara bersamaan. Sehingga proses pengisian tangki 6 tidak terganggu karena aliran premium dialihkan ke jalur bypass
E. Perancangan SIS pada Jalur Unloading Menggunakan Software Berikut adalah hasil simulasi dari perancangan SIS pada jalur unloading premium yang menuju tangki 6:
B. Penentuan Target SIL Apabila melihat desain yang sederhana dari plant yang diteliti serta proses yang terjadi di dalam plant tersebut, maka SIL yang ditargetkan untuk plant ini adalah SIL 1 [9] . C. Penentuan Spesifikasi SIF Berdasarkan hasil analisa HAZOP, maka pada plant ini akan dirancang sistem safety flow. SIF yang akan digunakan antara lain: • Sensor : Electromagnetic Flowmeter • Logic Solver : Safety PLC • Aktuator : Flow Safety Valve (FSV), bypass valve ( tipe ball valve)
Gambar 3 Simulasi SIS
F. Pemrograman pada Safety PLC Pada simulasi dari safety PLC terdapat truth table yang digunakan untuk mengatur jalannya logika buka tutup valve sesuai dengan flow yang terdeteksi. Berikut adalah simulasi truth table dari safety PLC:
D. Perancangan SIS S-9
S-12 S-4
Safety PLC
P-15
PRV
S-6
S-5
P-8
P-20
P-11
FSV
P-19
MOV T6.1
S-13 S-10
FT
P-21
P-14
Gate Valve
Tangki 6
Bypass valve P-6
P-7
MOV LL-TB
P-10
MOV L2-T8
P-10 P-5 P-10
FSV P-16
Pompa Sentrifugal
S-14
Bypass valve
P-4
P-18
Gambar 2 Desain P&ID yang Baru
Berdasarkan gambar diatas terlihat bahwa SIS tersusun dari electromagnetic flowmeter, safety PLC, FSV, dan bypass valve. SIS tersebut dirancang dengan tujuan untuk mengamankan proses ketika terjadi kebocoran di dalam pipa. Biasanya kebocoran terjadi ketika proses penyaluran premium ke tangki 6. Sistem kerja dari SIS tersebut adalah sebagai berikut: • Electromagnetic flowmeter mendeteksi kebocoran berdasarkan perubahan flow yang terjadi di dalam pipa. • Ketika Electromagnetic flowmeter mendeteksi kebocoran yang terjadi di suatu titik di jalur unloading, maka electromagnetic flowmeter akan memberikan sinyal ke safety PLC untuk menutup
Gambar 4 Condition Table pada Truth table
Gambar 5 Action Table pada Truth Table
Besar flow ketika pengisian premium ke tangki timbun 6 dalam kondisi normal adalah sebesar 900 m3/h. Akan tetapi
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6 electromagnetic flowmeter memiliki error pembacaan sebesar 0,04%.Kemudian faktor – faktor yang dapat mengurangi besar flow seperti gesekan dengan permukaan pipa, elbow (pipa yang berbelok) dapat mengurangi besaran flow hingga 10 %. Sehingga kondisi flow ketika belum terjadi kebocoran yang dimasukkan ke dalam truth table adalah 809,676 m3/h. Sedangkan batas maksimal flow yang diijinkan pada pipa adalah sebesar 1200 m3/h. Pada perancangan SIS ini terdapat suatu pemrograman yang dimasukkan di dalam PLC atau yang biasa disebut dengan ladder diagram. Berikut adalah simulasi dari ladder diagramsafety PLC:
3 III. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Hasil Analisa HAZOP Berdasarkan hasil analisa HAZOP, kebocoran pada pipa dan pada sambungan pipa merupakan penyimpangan yang tidak memiliki sistem proteksi ketika terjadi. Kebocoran pada pipa terjadi ketika proses pengisian premium ke dalam tangki timbun, yang dimana apabila terjadi kebocoran maka besar dari flow premium akan mengalami penurunan. Sehingga apabila jalur unloading ini tidak memiliki sistem proteksi, akan berakibat kerugian bagi pihak PERTAMINA ketika penyimpangan tersebut terjadi. Oleh karena itu, maka dirancang SIS dengan tujuan agar proses pengisian premium ke dalam tangki timbun tidak terganggu ketika terjadi kebocoran pada pipa dan pada sambungan pipa.
Gambar 6 Ladder Diagram Safety PLC
B. Validasi Ladder Diagram Metode untuk memvalidasikan hasil perancangan ladder diagram adalah dengan cara mensinkronisasikan ladder diagram dengan I/O simulator. Berikut adalah simulasinya:
Pada simulasi diatas dapat diumpamakan bahwa: • I:1/0 = electromagnetic flowmeter • 0:2/0 & 0:2/1 = bypass valve • 0:2/2 & 0:2/3 = flow safety valve Pada simulasi diatas dapat dilihat bahwa terdapat 2 simbol electromagnetic flowmeter yang berbeda, yang dimana pada rung 000 inputnya bernilai 0 dan pada rung 001 inputnya bernilai 1
Gambar 7 Ladder Diagram ketika Kondisi Normal
G. Perhitungan SIL Pada perhitungan PFD dari SIS yang dirancang, besar λ dari SIF didapatkan dari OREDA [1]. • PFDFSV dikarenakan system safety diatas bersifat 1002, maka perhitungan PFD FSV menjadi: λFSV .TI
•
•
2
=
(3,07.10−6 )2 (8760)2 𝑗𝑎𝑚 3
PFD Safety PLC λSafety PLC .TI 2
=
2,05.10−6 .8760 𝑗𝑎𝑚
PFD Electromagnetic Flowmeter λEF .TI 2
=
= 0,00024
2
3.63.10−6 .8760 𝑗𝑎𝑚 2
= 0,0109
= 0,015
Sehingga PFD dari system yang dirancang adalah: PFDaverage = PFDFSV + PFD Safety PLC + PFD Electromagnetic Flowmeter = 0,00024 + 0,0109 + 0,015 = 0,02614 Berdasarkan IEC 60511, untuk rentang PFD diatas sudah tergolong SIL 1 [11].
Gambar 8 I/O Simulator ketika Kondisi Normal
Berdasarkan kedua gambar diatas dapat dilihat bahwa ketika besar flow dalam kondisi normal, input pada rung 001 bernilai 1 dan switch I:1/0 pada I/O simulator dalam kondisi tidak tersambung. Sehingga lampu O:2/2 dan O:2/13pada I/O simulator tetap menyala yang menandakan bahwa flow safety valve terbuka.
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6
4 arus yang menjadi outputan electromagnetic flowmeter adalah sebesar 5,297 mA. • Respon Safety PLC
Gambar 9 Ladder Diagram ketika Kondisi Bocor
Gambar 12 Respon Safety PLC
Pada simulasi diatas,ketika flow yang terdeteksi adalah sebesar 809,676 m3/h maka respon dari flowsafety valve bernilai 1 yang berarti terbuka dan bypass valve bernilai 0 yang berarti tertutup. • Respon Flow Safety Valve
Gambar 10 I/O Simulator ketika Kondisi Bocor
Berdasarkan kedua gambar diatas dapat dilihat bahwa ketika besar flow menurun, switch I:1/0 pada I/O simulator dalam kondisi tersambung dan mengakibatkan input I:1/0 yang awalnya bernilai 0 menjadi 1. Sehingga lampu O:2/0 dan O:2/1 pada I/O simulator menyala yang menandakan bahwa bypass valve terbuka. C. Uji Respon Perancangan SIS Uji respon pada perancangan SIS ini dicoba dengan berbagai kondisi flow, yaitu pada kondisi 900 m3/h, 750 m3/h, 600 m3/h dan 550 m3/h. Berikut adalah hasil uji respon ketika kondisi 900 m3/h yang menunjukkan kondisi normal dan 750 m3/h yang menunjukkan kondisi bocor:
Gambar 13 Respon Flow Safety Valve ketika Flow 900 m3/h
Pada simulasi diatas, nilai flow yang melewati flow safety valve konstan bernilai 809,676 m3/h yang menandakan bahwa kondisi penyaluran premium ke tangki timbun 6 berada pada kondisi normal. • Respon Bypass Valve
Respon SIS ketika flow 900 m3/h: • Respon Electromagnetic Flowmeter:
Gambar 14 Respon Bypass Valve ketika Flow 900 m3/h
Gambar 11 Respon Electromagnetic Flowmeter
Pada simulasi diatas, ketika electromagnetic flowmeter menerima inputan sebesar 900 m3/h. setelah dilewatkan ke disturbance maka besar flow menjadi 809,676 m3/h maka
Pada simulasi diatas, dapat dilihat bahwa tidak ada flow yang melewati bypass valve yang ditandai dengan grafik respon flow yang bernilai 0
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6 •
Respon Sistem
Gambar 15 Respon Sistem ketika Flow 900 m3/h
Respon SIS ketika flow 750 m3/h: Kondisi ini merupakan suatu kondisi dimana flow yang terdeteksi berada di bawah kondisi normal. Hal ini berarti telah terjadi kebocoran pada jalur pipa unloading dan flow mengalami penurunan sampai sebesar 750 m3/h. •
Respon Electromagnetic Flowmeter
5 •
Respon Flow Safety Valve
Gambar 18 Respon Flow Safety Valve ketika Flow 750 m3/h
Ketika flow yang terdeteksi sebesar 674,7 m3/h, maka dapat diindikasikan bahwa telah terjadi kebocoran pada jalur unloading. Pada simulasi diatas dapat dilihat ketika flow yang terdeteksi sebesar 674,7 m3/h, flow safety valve perlahan – lahan menutup hingga menutup sempurna pada detik ke 5,8. • Respon Bypass Valve
Gambar 16 Respon Electromagnetic Flowmeter
Pada gambar diatas dapat dilihat bahwa ketik electromagnetic flowmeter mendeteksi flow 750 m3/h. Setelah terkena disturbance, besar flow berubah menjadi 676,7 m3/h, maka arus yang dihasilkan akan sebesar 5,055 mA •
Respon Safety PLC
Gambar 19 Respon Bypass Valve ketika Flow 750m3/h
Pada simulasi diatas dapat dilihat bahwa ketika flow yang terdeteksi 674,7 m3/h, maka bypass valve perlahan - lahan terbuka hingga terbuka penuh pada detik ke 5,2. Sehingga bypass valve tetap mengalirkan flow sebesar 809,676 m3/h. • Respon Sistem
Gambar 17 Respon Safety PLC
Pada simulasi diatas,ketika flow yang terdeteksi adalah sebesar 674,7 m3/h maka respon dari flow safety valve bernilai 0 yang berarti tertutup dan bypass valve bernilai 1 yang berarti terbuka. Gambar 20 Respon sistem ketika flow 750 m3/h
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6 D. SIL dari Perancangan SIS Perhitungan SIL pada uraian penelitian menunjukkan bahwa SIL dari perancangan SIS ini berada pada SIL 1. Sehingga telah sesuai dengan standard yang berlaku yang dimana untuk plant distribusi minyak harus berada pada tingkatan SIL 1. IV. KESIMPULAN Adapun kesimpulan dari penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Berdasarkan hasil analisa HAZOP pada jalur unloading premium yang menuju tangki timbun 6, terdapat penyimpangan – penyimpangan yang tidak memiliki sistem proteksi yaitu ketika terjadi kebocoran pada pipa. 2. SIS yang dirancang pada jalur unloading premium yang menuju tangki timbun premium 6 telah berhasil dirancang. 3. SIF yang digunakan untuk merancang SIS adalah electromagnetic flowmeter, safety PLC, flow safety valve, dan bypass valve. 4. SIS yang dirancang akan bekerja ketika nilai flow berubah menjadi kurang dari 809,646m3/h. 5. Pada saat kondisi bocor, flow safety valve menutup penuh pada detik ke 5,8 dan bypass valve terbuka penuh pada detik ke 5,2 6. SIS yang dirancang memiliki nilai PFD sebesar 0,02614 yang berarti berada pada tingkatan SIL 1
UCAPAN TERIMAKASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ida Sang Hyang Widhi Wasa, keluarga, dosen – dosen, sahabat, dan rekanrekan mahasiswa yang senantiasa memberikan inspirasi dan semangat kepada penulis sehingga tugas akhir ini dapat selesai. DAFTAR PUSTAKA [1] [2]
[3]
[4] [5]
[6]
[7]
[8]
OREDA Participants. 2002. Offshore Reliability Data Handbook 4th Edition. Norway: SINTEF Industrial Management Safety and Reliability & Norwegian Petroleum Directorate Nugrahani, Ade. 2012. Perancangan Safety Instrumented System Pada Sistem Pengisian Bahan Bakar Pesawat di DPPU Pertamina Juanda. Surabaya: Institut Teknologi Sepuluh Nopember Yulianto, Edi. 2010. Studi Sistem Proteksi Pada Glycol Regenerator di Glycol Dehidration Unit (GDU) Lapindo Brantas INC. Surabaya: Institut Teknologi Sepuluh Nopember IEC 61882. 2001. Hazard and Operability Studies-Application Guide. Geneva: International Electrotechnical Comission. IEC 61508. 1998. Functional Safety of Electrical/Electronic/Programmable Electronic Safety Related System. Geneva: International Electrotechnical Comission. C. Jeerawongsuntorn, N.Sainyamsatit, T. Srinophakun. 2011. Integration of Safety Instrumented System with Automated HAZOP Analysis: An Application for Continuous Biodiesel Production. Feng Wang, Yajun Chen, Haochen Wang, Cunyin Chen, Bin Shi. 2012. The Intrinsic Safety Engineering Design Method for The Petrochemical Plant. Venkat Venkatasubramanian, Jinsong Zhao, Shankar Viswanathan. 2000 . Inteligent systems for HAZOP Analysis of Complex Process Plant.
6 [9]
Goble, M. William, Harry Cheddie. 2005. Safety Instrumented System Verification: Practical Probabilistic Calculations. United State of America: ISA [10] Macdonald, Dave. 2004. Practical Hazops, Trips and Alarms. Cape Town: An imprint of Elsevier. [11] IEC 60511. 2003. Functional Safety-Safety Instrumented Systems for the Process Industry. Geneva: International Electrotechnical Commission
