MAKALAH SEMINAR KERJA PRAKTEK BURNING MANAGEMENT SYSTEM (BMS) PADA FURNACE DI BAGIAN 260F101 LOC III PT PERTAMINA (PERSERO) RU IV CILACAP 1
Duta Ardhana1, Iwan Setiawan, S.T., M.T. 2 Mahasiswa dan Dosen Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Jl. Prof.Sudharto ,SH – Tembalang , Semarang 2
ABSTRAK Salah satu produk unggulan PT. Pertamina (Persero) RU IV Cilacap yang memiliki kualitas dunia adalah pelumas. Dalam proses produksi bahan dasar pelumas (lube base) dibutuhkan berbagai langkah proses yang pastinya memerlukan langkah-langkah pemanasan yang dilakukan oleh furnace (dapur). Furnace merupakan alat pemanas raksasa yang melakukan proses pembakaran fuel gas/fuel oil dalam skala yang besar. Untuk melakukan proses pembakaran tersebut tentunya memiliki resiko yang sangat tinggi jika tidak menggunakan teknologi yang handal. Oleh karena itu, proses pembakaran pada furnace diatur oleh Burning Management System (BMS). BMS adalah suatu sistem berbasis PLC (Programmable Logic Controller) yang mengatur semua kegiatan yang ada di furnace. Dengan logic-logic yang sudah di-setting dalam diagram laddernya, sistem ini mengatur mulai dari pembersihan furnace, pengecekan parameter-parameter yang berkaitan dengan proses di furnace, penyalaan, hingga shutdown. Dengan adanya BMS ini, penggunaan furnace pada proses produksi menjadi lebih aman dan terkendali. Kata kunci: furnace, Burning Management System, PLC.
I. PENDAHULUAN 1.1. Latar belakang PT. Pertamina (Persero) RU IV Cilacap merupakan salah satu industri yang menggunakan sistem kendali otomatis dalam proses produksinya. Sistem kendali otomatis sangat diperlukan dalam operasi-operasi industri misalnya untuk pengontrolan tekanan, temperature, level, kelembapan, viskositas dan laju alir dalam proses produksi. Otomatisasi saat ini tidak hanya diperlukan sebagai pendukung keamanan operasi, faktor ekonomi maupun mutu produksi, namun telah menjadi suatu kebutuhan pokok bagi proses industri. LOC (Lube Oil Complex ) III adalah bagian dari Kilang I PT PERTAMINA RU IV yang memproduksi lube base (bahan dasar oli). Di dalam LOC III terdapat Furnace 260F101 yang merupakan dapur tempat memasak feed reactor pada proses hydrotreating. Proses pembakaran pada furnace diatur oleh Burning Management System (BMS). BMS adalah
suatu sistem berbasis PLC (Programmable Logic Controller) yang mengatur semua kegiatan yang ada di furnace. Dalam kinerjanya, BMS memiliki 8 modul yang saling terkait yaitu : modul pembersihan udara (purging), modul memulai pembakaran, modul penyalaan/ pemantikan (ignition), modul pembakaran gas, modul pembakaran minyak, modul mendeteksi api utama, modul menutup minimum, modul pembakaran gas buangan. Modul-modul tersebut berperan penuh dalam proses menyalakan api pada furnace, jika proses pada modul-modul tersebut telah terlalui dengan baik maka kendali dapat diambil alih oleh operator pada control room dengan DCS. 1.2.
Tujuan Kerja Praktek Tujuan dari pelaksanaan kerja praktek ini adalah sebagai berikut: 1. Mahasiswa dapat menerapkan ilmu yang telah didapatkan selama perkuliahan dalam dunia kerja dengan baik.
2. Menciptakan hubungan baik antara Perguruan Tinggi dengan Pihak Perusahaan. 3. Mengetahui sistem dan lingkungan kerja PT. Pertamina (Persero) RU IV Cilacap. 4. Mengetahui struktur, fungsi, dan sistem kerja Burning Management System (BMS) pada Furnace di Bagian 260F101 LOC III Cilacap. 1.3.
Batasan Masalah Adapun batasan masalah yang berkaitan dengan makalah kerja praktek ini adalah sebagai berikut : 1. Makalah kerja praktek ini akan membahas tentang garis besar struktur, fungsi, dan sistem kerja Burning Management System (BMS) pada Furnace di Bagian 260F101 LOC III Cilacap. 2. Tidak akan terlalu membahas tentang proses produksi dan PLC secara mendalam pada PT. Pertamina (Persero) RU IV Cilacap. II. DASAR TEORI 2.1. Programmable Logic Controller (PLC) Programmable logic controller (PLC) merupakan komponen utama dalam lingkungan Computer Integrated Manufacturing (CIM) yang dapat mewujudkan informasi real time dimana semua informasi tersimpan. Konsep dari PLC adalah programmable, menunjukkan kemampuannya yang dapat dengan mudah diubah-ubah sesuai program yang dibuat dan kemampuannya dalam hal memori program yang telah dibuat. Logic, menunjukkan kemampuannya dalam memproses input secara aritmatik, yakni melakukan operasi membandingkan, menjumlahkan, mengalikan, membagi, mengurangi dan negasi serta controller, menunjukkan kemampuan dalam mengontol dan mengatur proses sehingga menghasilkan output yang diinginkan. 2.1.1. Struktur PLC Secara umum PLC dibagi menjadi tiga bagian utama, yaitu modul input, CPU dan modul output serta dilengkapi dengan unit catu daya / power supply, sebagaimana digambarkan dalam digram blok sebagai berikut:
Gambar 2.1 Diagram blok sistem PLC
Sedangkan gambar berikut merupakan contoh bentuk PLC jenis CQM, dimana setiap unit-unitnya telah tersusun secara modular.
Gambar 2.2 PLC jenis GE Fanuc IC200UDR005
Komponen-komponen PLC terdiri dari: a. Power Supply Unit Unit ini berfungsi untuk memberikan sumber daya pada PLC sehingga memungkinkan PLC dapat bekerja. Unit ini biasanya sudah berupa switching power supply. Catu daya yang digunakan sebesar 220 V dengan arus yang bervariasi tergantung konsumsi PLC, dan juga menghasilkan tegangan DC -24V dan 24 V. Catu daya biasanya berada pada modul yang terpisah. b. CPU (Central Prossesing Unit) PLC Unit ini merupakan otak dari PLC. Di unit inilah program yang telah dibuat dolah sesuai dengan hukum kontrol logika sehingga sistem kontrol yang telah kita desain dapat bekerja sesuai dengan keinginan kita. Di samping itu PLC juga melakukan pengawasan atas semua operasional kerja dari PLC, transfer informasi melalui internal bus antara PLC, memori, dan unit I/O.
c. Memory Unit Untuk menyimpan program yang telah dibuat maka diperlukan suatu unit memori elektronik. Selain untuk menyimpan program kerja, memori juga digunakan untuk: • Menyimpan data dan status input/output (interfacing information) • Menyimpan data/informasi untuk fungsifungsi internal (pewaktu, pencacah, marker relay,dll) d. Input / Output (I/O) Unit Pada umumnya informasi data pada PLC dinyatakan dalam bentuk tegangan listrik antara 5 V – 15 V DC, sedangkan diluar sistem tegangan bisa bervariasi dari 24 V- 240 V DC maupun AC, demikian pula dengan arusnya. Unit I/O PLC dimaksudkan untuk interfacing antara kedua skala besaran tersebut. PLC yang modern biasanya sudah menggunakan komponen yang mempunyai sifat electricaly isolated terhadap sistem diluar PLC. 2.2. Control Valve Valve adalah suatu peralatan mekanis yang melaksanakan suatu aksi untuk mengontrol aliran fluida di dalam sistem perpipaan. Dalam bahasa sederhananya valve bekerja seperti prinsip keran air. Sebuah control valve terdiri atas dua bagian dasar yaitu actuator dan valve. Bagian actuator adalah bagian yang mengerjaan gerak buka tutup valve. Dan bagian valve adalah komponen mekanis yang menentukan besarnya flow yang masuk ke proses. Berikut gambar bentuk umum dari sebuah control valve:
Actuator Actuator adalah bagian dari control valve sebagai sumber penggerak yang mengatur travel dari valve stem, dimana dihubungkan dengan plug yang akan mengatur aliran yang melalui control valve. Prinsip kerja actuator adalah tekanan sinyal pneumatic (0,2-1 kg/cm2 atau 3-15 psi) yang terakumulasi didalam ruang (diaphragm dan diaphragm case) menimbulkan gaya yang bekerja melawan pegas sehingga akan menggerakkan bagian stem untuk bergerak membuka atau menutup valve. Karena konstruksinya, valve akan menjadi terbuka (air to open/ATO) dengan naiknya stem dan adapula yang menjadi tertutup (air to close/ATC) dengan turunnya stem.
(a)
(b) Gambar 3.7 (a) Control Valve aksi ATO (b) Control Valve aksi ATC
Gambar 3.6 Control Valve
Kombinasi actuator dan valve di atas berfungsi untuk menciptakan aksi dari pada control valve yaitu:
Air To Close / ATC / Failure Open: apabila mendapat signal input, maka control valve akan menutup. Semakin besar signal input yang diterima maka semakin besar pula gerakan stem kebawah. Air To Open / ATO: apabila mendapat signal input, maka control valve akan membuka. Semakin besar signal input yang diterima maka semakin besar pula gerakan stem keatas.
Gambar 3.8 Control Valve
2.3. Transmitter Transmitter pada prinspnya merupakan sensor. Namun, karena digunakan dalam skala manufaktur maka istilah yang digunakan adalah transmitter. Transmitter pada umumnya digunakan untuk mengukur level, flow, temperature, dan pressure. Transmisi sinyalnya menggunakan sinyal elektrik 4-20mA. Outputan dari transmitter yang berupa arus listrik tersebut kemudian dikonversi dengan I to P converter sehingga dapat mengontrol bukaan valve control. 2.3.1 Flow transmitter Merupakan pengukur aliran fluida pada suatu plant manufaktur. Macammacam flow transmitter yang biasa digunakan antara lain turbinmeter, orifice, electromagnetic flow meter, dan lain-lain. 2.3.2 Temperature transmitter Sebagai pengukur suhu fluida dalam skala ukur yang sangat tinggi mancapai ratusan 0C., contohnya thermocouple. 2.3.3 Level Transmitter Berfungsi untuk mengetahui level ketinggian fluida pada suatu vessel
(tabung penampung fluida). Contoh transmitter level yang umum digunakan adalah displacer yang menggunakan prinsip perubahan benda terapung/ melayang, ada juga pressure differensial level transmitter yang menggunakan prinsip perbedaan tekanan up stream dan down stream suatu fluida. 2.4. Distributed Control System (DCS) Berikut adalah contoh konfigurasi Distributed Control System sehingga dapat mengontrol valve. DCS yang terdiri atas HIS (Human Interface System) dan FCS (Field Control System) berkomunikasi dengan PLC melalui field bus. Melalui I/O modul yang dimiliki PLC, kita dapat mengirimkan sinyal kontrol dari DCS ke valve dalam bentuk sinyal elektrik (420mA). Sinyal elektrik tersebut kemudian dikonversi oleh I to P converter menjadi sinyal pneumatic (0,2-1 kg/cm2) untuk mengatur bukaan valve. Sebaliknya, DCS mampu mengirimkan sinyal control karena terjadi penyimpangan set point terprogram dengan kondisi nyata di lapangan yang dilaporkan oleh transmitter atau sesnor (pressure/temp/flow/level) berupa sinyal elektrik pula.
Gambar 3.7 Konfigurasi DCS-PLCvalve/transmitter
III. BURNING MANAGEMENT SYSTEM (BMS) PADA FURNACE 260F101 Furnace 260F101 ini pada prinsipnya bertugas untuk memanaskan feed reactor pada proses hydrotreating pengolahan Arabian Light Crude menjadi lube base. Berikut ini adalah gambaran proses sederhana dari furnace 260F101.
11A 260 TIC 024
S.P.
260 FIC 008
11A
Furnace 260F101 11A
UV 260 BE 001
Adjustable TSO TSO Minimum Stop 260 FV 008 260 XV 021 260 XV 020
IR 260 BE 002
FG 11A TSO 260 XV 023
260 PSL 026
Force Draft Fan 260K151
FO MS
START FUEL GAS 260 HS 056
START PURGE 260 HS 053
RESET MIN.FG FIRING 260 HS 054
BURNING MANAGEMENT/SAFEGUARDING SYSTEM PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER
11A
260 XL 017
260 XL 018
260 XL 019
260 XL 018
PURGE IN PROGRESS
REQUIRE PURGE FLOW PRESENT
PURGE READY
SAFE CONDITION
I-4
I-3
I-5
I-6
Gambar 3.7 Proses sederhana Furnace 260F101
Sebagai bahan bakar pemanas pada perancangannya ada 2 jenis : fuel gas (FG) dan fuel oil (FO). Ketika kita menggunakan FO dibutuhkan middle pressure steam (MS) untuk mengkabutkannya agar pembakaran yang terjadi dapat merata. Namun, kondisi di lapangan tidak demikian karena bahan bakar yang digunakan hanyalah FG. Furnace ini juga mendapat injeksi udara (combustion air) dari fan 260K151 yang berfungsi sebagai pembersih udara pada furnace ketika hendak dinyalakan. Di samping itu ia juga dilengkapi flow indicator controller (260FIC008) dan temperature indicator
controller (260TIC024) yang bekerja secara cascade dengan TIC sebagai master controllernya dan FIC sebagai slave controller-nya. Pressure switch low (260PSL026) sebagai alarm penanda jika tekanan FG pilot low. Kemudian ada juga UV 260BE001 serta IR 260BE002 sebagai pendeteksi keberadaan api. Valve yang digunakan di sini ada dua jenis yaitu Tight Shut Off (TSO) dan Adjustable Minimum Stop. Adjustable Minimum Stop tidak dapat menutup sepenuhnya sehingga masih ada gas yang tersalurkan dalam jumlah minimum sedangkan TSO mampu menutup penuh. Seluruh transmitter dan valve yang ada terhubung dengan BMS 11A sebagai pengontrolnya yang berupa PLC-500 LADDER LOGISTIC buatan Rockwell Software Inc. 3.1 Logika Kerja BMS Logika-logika kerja BMS ini dibagi menjadi beberapa modul untuk memudahkan penjelasan kondisi yang dibutuhkan untuk setiap modul. Modul-modul dasar ini mengikuti urutan penyalaan pemanas, juga memasukkan batasan-batasan yang dibutuhkan untuk pengoperasian normal. 1. Modul Pengamanan/Pembersihan Udara Disebut juga purging, modul ini baru dapat bekerja jika syarat berikut telah terpenuhi : Kompresor ForceDraft Fan 260K151 ON Katub FO (260XV024), katub FG (260XV020,021), katub gas pilot (260XV023), dan katub gas buangan (260CV009) CLOSED Katub valve control FG (260FV008) CLOSED MINIMUM. Setelah syarat di atas terpenuhi maka teknisi akan menekan tombol Start Purge (260HS053). Dengan ditekannya tombol tersebut maka Katub Force Draft Fan akan membuka penuh. Proses pembersihan furnace dari gas-gas yang mudah terbakar berlangsung. Diikuti dengan aktifnya indikator Require Purge Flow Present (260XL018) dan Purge in Progress (260XL017). Lalu Timer Purge mulai menghitung mundur hingga 5 menit. Saat waktu 5 menit sudah selesai dihitung timer,
2.
3.
4.
5.
maka katub FD Fan tertutup lagi dan indikator Purge Ready (260XA019) dan Safe Condition (260XL014) ON. Modul Memulai Pembakaran Setelah proses purging di atas selesai. Teknisi akan menekan tombol Fuel Gas Start (260HS056) sehingga indikator pilot (260XL-023) ON dan pressure low pilot (260PSL026) OFF. Kemudian BMS akan mengirimkan pulsa “Start Ingniter” pada modul pemantikan/penyalaan/ignition. Modul Penyalaan/Pemantikan Disebut juga ignition yang mana setelah mendapat pulsa “start igniter” ia akan membuka katub TSO Pilot (260XV023) sehingga fuel gas dapat mengalir dalam jumlah yang kecil tentunya. Seperti prinsip pada korek gas, pilot gas yang sudah dibuka ini perlu dipantik dengan busi pemantik yang menyala sesaat dengan periode 10 detik. Saat percobaan pemantikan berlangsung, timer Trial for Ingition aktif mulai menghitung selama 5 detik untuk mengaktifkan busi pemantik, setelah 5 detik terlewati maka busi akan mati. Jika belum nyala juga apinya maka busi akan aktif lagi pada periode 10 detik setelah yang pertama. Modul Mendeteksi Api Ada 2 detektor api yang digunakan yaitu UV detector (260BE001) dan IR detector (260BE002). Ketika salah satu atau kedua detector mendeteksi api. Maka ia akan mengirimkan sinyal “Flame present” pada modul selanjutnya. Jika tidak maka ia mengirimkan sinyal “Flame Failure” sehingga BMS akan mengulangi urutan kerja dari awal purging. Modul Pembakaran Gas Setelah mendapat sinyal “Flame Present” maka Katub TSO Main Valve FG (260XV020 dan 021) terbuka. Katub valve control (260FV008) menutup minimum. Selama api masih terdeteksi maka sinyal “Flame on” dikirimkan. Kemudian jika bersamaan dengan itu tombol Reset Minimum FG (260HS054) ditekan, maka kendali dapat diambil alih DCS oleh operator di control room.
Syarat Tombol Start Purge dapat bekerja: - Kompresor Force Draft menyala 260K-151 - Katub : Bahan bakar minyak 260XV-024 Bahan bakar gas 260XV-020, 021, & 022 Pemantik (ignition/pilot) 260XV-023 TSO gas buangan 260CV-009B dan 044B dalam keadaan tertutup. - Katub valve kontrol FG tertutup minimum 260FV-008
Tombol Start Purge (260HS-053) ditekan
Modul Pengamanan / Pembersihan Udara - Katub FD Fan terbuka penuh - Indikator “Require Purge Flow Present” on - Indikator “Purge in Progress” on - Purge Timer mulai hitung 5 menit - Indikator “Purge Ready” on (setelah timer selesai menghitung 5 menit) - Indikator “Safe Condition” on
260FIC-010 260XA-018 260XA-017 260XA-019 260XL-014
Tombol Fuel Gas Start (260HS-056) ditekan
Modul Memulai Pembakaran Sinyal “Flame Failure”
- Indikator “Pilot” on - Indikator pressure low pilot off
260XV-023 260PSL-026 260PAL-026
Pulsa “Start Igniter” dikirimkan Sinyal “Flame Failure”
Modul Penyalaan / Pemantikan - Katub TSO Pilot / Ignition membuka 260XV-023 - Busi pemantik menyala dgn periode 10 detik - Trial for Ignition Timer mulai hitung 5 detik MODUL MENDETEKSI API bekerja dalam logika OR - UV detektor 260BE-001 / 260BAL-001 - IR detektor 260BE-002 / 260BAL-002
Sinyal “Flame Present” dikirimkan
Modul Pembakaran Gas - Katub TSO Main Valve FG membuka MODUL MENUTUP MINIMUM - Katub Valve Control Fuel Gas
260XV-020 260XV-021 260FV-008
MODUL MENDETEKSI API bekerja dalam logika OR - UV detektor 260BE-001 / 260BAL-001 - IR detektor 260BE-002 / 260BAL-002
Sinyal “Flame On” dikirim DAN Tombol Reset Minimum Fuel Gas (260HS-054) ditekan
Operasi (Control Room) Kendali diambil alih oleh OPERASI (DCS - Distributed Control System)
Gambar 3.7 State Chart BMS
IV. Kesimpulan Berdasarkan pembahasan diatas maka dapat diperoleh kesimpulan sebagai berikut: 1. Burning Management System (BMS) merupakan suatu sistem yang mengatur mulai dari pembersihan furnace, pengecekan parameter-parameter yang berkaitan dengan proses di furnace, penyalaan api, safeguarding system, dan shutdown system. 2. Kinerja BMS ini dikendalikan oleh PLC (Programmable Logic Control) yang telah diprogram sedemikian rupa sehingga ia bekerja dengan logika diagram ladder yang ada di dalamnya. 3. Dengan adanya BMS ini, proses penggunaan furnace lebih aman dari segi keselamatan kerja maupun keselamatan proses produksi. DAFTAR PUSTAKA [1] Setiawan, Iwan., Kontrol PID untuk Proses Industri. Elex Media Computindo, Jakarta, 2008. [2] Setiawan, Iwan., Programmable Logic Controller (PLC) dan Teknik Perancangan Sistem Kontrol. Penerbit Andi, Yogyakarta, 2008. [3] Ogata, Katsuhiko., Teknik Kontrol Automatik Jilid 1, Erlangga, Bandung, 1994. [4] Ferry R., Sumardi., Sistem Kontrol Otomatis Mesin Final Test Lampu FL Berbasis PLC GE FANUC, Tugas Akhir S1, Universitas Diponegoro, 2004. [5] samsulrajab.blogspot.com
BIODATA Duta Ardhana (L2F007026) Penulis dilahirkan 20 tahun yang lalu di Semarang tanggal 15 Juni 1990. Ia menempuh pendidikan di SD Pedurungan Tengah 02 Semarang, SMP 2 Semarang, SMA 3 Semarang, dan sekarang sedang menyelesaikan pendidikan jenjang strata 1 di konsentrasi kontrol, Jurusan Teknik Elektro Universitas Diponegoro. Dengan mottonya You’ll reach your dream, if You’re sure, ia bercita-cita menjadi bisnisman pembela umat.
Semarang, Maret 2011 Mengetahui dan mengesahkan Dosen pembimbing
Iwan Setiawan ,S.T.,M.T. NIP 19730926 2000121001
