Makalah Seminar Kerja Praktek KONTROL TEMPERATUR PADA RICH SOLUTION HEATER (101-E) DI CO2 REMOVAL PLANT SUBANG Lilik Kurniawan (L2F008053) Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Semarang Jalan Prof. Soedharto, Tembalang, Semarang, Jawa Tengah, Indonesia e-mail:
[email protected],
[email protected] Abstrak PT. PERTAMINA EP Field Subang Region Jawa merupakan salah satu indutstri yang menggunakan sistem kendali otomatis dalam proses produksinya. Sistem kendali otomatis sangat diperlukan dalam operasi-operasi industri misalnya untuk pengontrolan tekanan, temperature, level, kelembaban, 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. Rich Solution Heater (101-E) sebagai ruang untuk memanaskan larutan aMDEA keluaran 101-C diharuskan mempunyai fungsi control yang handal untuk mempertahankan temperature larutan aMDEA keluaran bottom 102-C yang berguna untuk proses absorbsi. Pada 101-E, larutan aMDEA yang masuk dipanaskan dengan steam yang berasal dari boiler. Pemanasan ini diatur oleh suatu control valve yang dikendalikan oleh TIC-1106. Temperatur yang dideteksi oleh sensor diterima transmitter kemudian dikirimkan ke TIC-1106 untuk dibandingkan temperaturnya dengan set point sehingga didapat pengaturan bukaan valve. Di dalam laporan ini akan membahas tentang sistem kontrol temperatur pada Rich Solution Heater. Kata kunci: control valve, sistem kontrol, temperatur
I. Pendahuluan Sejalan dengan semakin berkembangnya aplikasi teknologi dalam perindustrian di Indonesia, semakin banyak pula energi yang dibutuhkan sebagai bahan bakarnya. Hingga saat ini, minyak bumi dan gas alam masih merupakan sumber energi utama yang diperlukan untuk mendukung aktivitas tersebut. PT. PERTAMINA EP merupakan anak perusahaan dari PT. PERTAMINA yang mengelola usaha eksplorasi, eksploitasi, dan produksi minyak dan gas. Untuk mendukung proses tersebut, maka diperlukan peralatan produksi yang beraneka ragam dan menggunakan teknologi tinggi, agar targettarget produksi yang ditetapkan perusahaan dapat terpenuhi. Saat ini, setiap unit produksi yang terdapat di tiap field dilengkapi dengan instrumentasi dan sistem kendali yang dapat mendukung kualitas dan kuantitas hasil produksi yang diharapkan. Sistem kendali sangat diperlukan dalam dunia industri dan memegang peranan penting untuk pengendalian proses produksi. Perkembangan sistem kendali saat ini dipengaruhi oleh beberapa faktor sebagai berikut: Kebutuhan industri akan teknologi yang lebih maju dan bersifat user friendly karena bertambahnya kompleksitas proses produksi.
Perkembangan teknologi elektronika dan komputerisasi yang mengarah pada penggunaan teknologi digital. CO2 Removal Plant Subang didesain untuk menurunkan kadar CO2 dalam feed gas sebesar 200 mmscfd, dari kadar 23% menjadi 5%. Pada prosesnya, CO2 Removal terdiri dari unit-unit yang mempunyai tugas berbeda yang saling berkaitan seperti Absorber, Heater, LP Flash Column, dll. Sistem kendali otomatis sangat diperlukan dalam operasi-operasi seperti pengontrolan tekanan, temperature, level, kelembaban, 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. Adapun tujuan khusus dari pelaksanaan kerja praktek ini adalah mempelajari
pengendalian temperatur pada Rich Solution Heater (101-E) di CO2 Removal Plant Subang. II. DASAR TEORI 2.1 Sistem Instrumentasi Di industri proses, parameter utama yang selalu diukur antara lain: suhu (temperature), aliran (flow), tekanan (pressure), tinggi permukaan (level). Gabungan serta kerja alat-alat pengendalian
1
otomatis ini dinamakan sistem pengendalian, sedangkan semua peralatan yang membentuk sistem pengendalian disebut instrumentasi sistem kendali. Fungsi instrumentasi pada suatu proses industri dapat diklasifikasikan ke dalam 4 bagian yaitu : 1. Sebagai Alat Ukur Instrument mendeteksi dan memberikan informasi tentang besarnya nilai proses variabel yang diukur dari suatu proses industri sehingga dapat dipahami oleh pengamat. 2. Sebagai Alat Kontrol/Pengendali Instrument berfungsi untuk mengendalikan jalannya operasi agar variabel proses yang diukur dapat diatur dan dikendalikan, tetap pada nilai yang ditentukan (set point). 3. Sebagai Alat Safety Instrument memberikan tanda bahaya atau tanda gangguan apabila terjadi trouble atau kondisi tidak normal yang diakibatkan tidak berfungsinya suatu peralatan pada proses, serta berfungsi untuk mentripkan suatu proses apabila gangguan tersebut tidak teratasi dalam jangka waktu tertentu. 4. Sebagai Alat Analisa Instrument berfungsi sebagai alat untuk menganalisa produk yang dikelola, apakah sudah memenuhi spesifikasi yang diinginkan sesuai dengan standar mengetahui polusi dari hasil buangan sisa produksi yang diproses agar tidak membahayakan dan merusak lingkungan.
Gambar 2.1 Alat ukur berprinsip thermocouple
2. RTD (Resistance Temperature Detector) Tahanan dari suatu material metal akan berubah terhadap perubahan temperaturnya. Jika temperatur naik, nilai tahanan juga naik.
Gambar 2.2 menunjukkan contoh alat ukur yang menggunakan prinsip RTD.
2.2
Alat Ukur Temperatur Alat ukur adalah suatu elemen yang mengukur suatu besaran dan menghasilkan keluaran yang memiliki hubungan tertentu dengan besaran yang diukur. Beragam alat ukur temperatur memiliki prinsip kerja yang beraneka ragam, diantaranya: 1. Thermocouple Sebuah termokopel terdiri dari sepasang kawat logam yang tidak sama dihubungkan bersama-sama pada satu ujung (ujung pengindera) dan berakhir pada ujung lain (titik referensi) yang dipertahankan pada suatu temperatur konstan yang diketahui temperatur referensi. Bila antara ujung pengindera dan titik referensi terdapat perbedaan temperatur, suatu ggl yang menyebabkan arus di dalam rangkaian akan dihasilkan. Bila titik referensi ditutup oleh sebuah alat ukur atau instrumen pencatat, penunjukan alat ukur tersebut akan sebanding dengan selisih temperatur antara ujung pengindera dan titik referensi. Gambar 2.1 menunjukkan contoh alat ukur yang menggunakan prinsip thermocouple.
Gambar 2.2 Alat ukur berprinsip RTD
2.3
Transmitter dan Converter Transmitter adalah suatu peralatan yang dapat merubah sinyal yang berasal dari alat ukur (sensor atau detektor) menjadi bentuk sinyal yang dapat diterima oleh indicator, recorder dan controller. Transducer/converter adalah suatu peralatan yang berfungsi merubah besaran sinyal tertentu menjadi besaran sinyal lain. Converter ini diperlukan bila suatu instrument hanya menerima sinyal dengan besaran yang sudah tentu. Bila ada sinyal lain yang tidak sesuai dengan input sinyal instrument tersebut, maka sinyal tadi harus dikondisikan agar sesuai dengan yang dibutuhkan. I/P Transducer adalah peralatan yang merubah sinyal arus listrik (4 – 20 mA) menjadi sinyal tekanan pneumatic (3 – 15 psig atau 0.2 – 1 kg/cm2). Sebaliknya, P/I Transducer merupakan peralatan yang mengubah sinyal pneumatic menjadi sinyal arus listrik.
2
bottom 102-C kemudian masuk ke 101-C untuk keperluan absorbsi. Larutan aMDEA yang naik sebesar 3 °C dikarenakan pada Rich Solution Heater, larutan ini dipanaskan menggunakan steam bertekanan rendah yang berasal dari boiler. Pemanasan ini diatur oleh sebuah valve agar larutan tersebut temperaturnya sesuai yang diinginkan. Temperatur yang diinginkan ini disebut sebagai suatu set point. Buka tutupnya valve tersebut dikendalikan oleh suatu Temperature Indicator Controller (TIC-1106). Temperatur yang berasal dari keluaran bottom 102C dideteksi oleh suatu sensor. Data dari sensor dibaca oleh transmitter, kemudian diubah olehnya menjadi suatu sinyal yang dimengerti oleh controller. Data dari transmitter dikirimkan ke TIC1106, kemudian datanya digunakan untuk dibandingkan dengan set point sehingga didapat pengontrolan bukaan valve. Bila temperatur keluaran 102-C di bawah set point, maka larutan akan dipanaskan dengan steam sampai temperaturnya naik mendekati set point. Bila temperatur sudah sesuai dengan set point, TIC akan mengatur bukaan valve untuk menjaga temperatur agar sesuai set point.
2.4
Kontrol Valve Valve adalah suatu peralatan mekanis yang melaksanakan suatu aksi untuk mengontrol atau memberikan efek terhadap suatu aliran fluida di dalam suatu sistem perpipaan. Fungsi valve dapat dibedakan menjadi: 1. Mengalirkan atau menghentikan aliran (on-off) 2. Mengatur variasi kecepatan aliran (regulating) 3. Mengatur aliran hanya pada suatu aliran saja (checking) 4. Merubah/memindahkan aliran pada line pipa yang berbeda (switching) 5. Melepas aliran dari system ke atmosfer (discharging) Control valve adalah jenis final control element yang paling umum dipakai untuk sistem pengendalian proses, sehingga orang cenderung mengartikan final control element sebagai control valve. Aksi kontrol pada control valve ini dibedakan menjadi 2, yaitu : Air To Close / ATC: 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 controlvalve akan membuka. Semakin besar signal input yang diterima maka semakin besar pula gerakan stem keatas.
(a) Gambar 2.3
3.2
Sistem Kontrol Temperatur pada 101-E Pada gambar 3.1 yakni kontrol temperature pada 101-E menggunakan konfigurasi single control, yang terdiri dari suatu satu temperature transmitter, satu temperature controller, dan sebuah final control element berupa control valve.
(b)
(a) Control Valve aksi ATC (b) Control Valve aksi ATO
2.5
Konfigurasi Single Control Single control adalah loop instrumen yang terdiri dari satu transmitter, satu controller, dan sebuah final control element. Tujuannya adalah untuk mendapatkan stabilitas dari output proses yang dikontrol.
Gambar 3.1 Konfigurasi single control pada 101-E
III. KONTROL TEMPERATUR PADA 101-E 3.1 Deskripsi Proses pada 101-E Larutan aMDEA yang berasal dari 101-C masuk ke Rich Solution Heater yang temperaturnya akan dinaikkan kira-kira sebesar 3 °C kemudian masuk ke dalam 102-C. Larutan aMDEA keluaran
Temperatur keluaran 102-C diukur oleh suatu alat ukur temperatur. Alat ukur yang digunakan berjenis Thermocouple dan RTD (Resistance Temperature Detector). Alat ukur berjenis RTD terdapat pada keluaran bottom 102-C. Sedangkan alat ukur berjenis termokopel terdapat pada keluaran 101-E dan keluaran 101-C. Data yang
3
diperoleh alat ukur diubah oleh suatu temperature transmitter menjadi data yang dapat dimengerti oleh controller. Controller yang dipakai pada plant yaitu (Temperature Indicator Controller) TIC-1106 Selanjutnya data dari transmitter dikirim ke TIC1106. Harga temperature yang dikehendaki dinyatakan sebagai set point pada TIC-1106. Dari perbandingan kedua harga tersebut, TIC-1106 mengeluarkan sinyal output CO yang sebelumnya diubah dulu oleh I/P transducer menjadi sinyal pneumatik untuk mengatur bukaan control valve sehingga didapatkan temperature yang diinginkan. Valve yang digunakan adalah bertipe ATO (Air To Open). Semakin besar sinyal CO maka semakin besar valve membuka, maka steam bertekanan rendah yang berasal dari boiler akan semakin banyak melingkupi Rich Solution Heater. Hal ini mengakibatkan larutan aMDEA yang masuk Rich Solution Heater, temperaturnya akan naik. Proses yang demikian disebut dengan direct. Pada Rich Solution Heater ditetapkan suatu set point (SP) yang diinginkan, yakni temperatur keluaran 102-C. Pada plant tertera sekitar 70,93 °C. Temperatur keluaran 102-C sebagai process value (PV). Nilai PV diharapkan sama dengan nilai SP. Pada kenyataannya, nilai PV berubah-ubah. Selisih antara SP dengan PV kemudian disebut sebagai error (e). Semakin besar e berpengaruh terhadap besar-kecilnya bukaan valve. Maka dari itu, dibutuhkan suatu metode pengontrolan agar nilai PV mendekati SP. Pada sebagian besar industri, metode kontrol yang digunakan adalah PID. Hal ini dikarenakan metode ini sederhana, operator cukup melakukan tuning terhadap tiga parameter saja yakni P (Proporsional), I (Integral), dan D (Derivatif). Selain itu misalkan hendak memperbesar atau memperkecil unit PID, hasilnya bisa diprediksi. Pada control room untuk mengontrol temperature di 101-E, metode kontrol yang digunakan adalah berjenis Proporsional Integral. Unit Derivatif tidak dipakai karena memperbesar derau. Oleh karena itu sebagian besar industri menggunakan metode PI. Pada gambar 3.2, terlihat bahwa unit kontrol PID yang digunakan hanyalah unit Proposional dan Integral. Hal ini ditunjukan pada pengisian tuning, yaitu unit Proposional yang ditunjukan dengan pengisian nilai Gain dan unit Integral yang ditunjukan dengan pengisian nilai Reset. Sedangkan nilai unit Derivative yang ditunjukan oleh pengisian Rate di isi nilai nol. Bila suatu proses bersifat direct, maka mode controller yang digunakan bersifat reverse. Berikut merupakan diagram blok sistem kontrol
temperature pada 101-E yang menggunakan mode controller reverse dimana error didefinisikan SPPV, seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.3. Lain halnya bila mode controller yang digunakan adalah direct, error didefinisikan PV-SP.
Gambar 3.2 Detail PID pada TIC-1106
Gambar 3.3 Mode controller direct
Keterangan : Proporsional Integral :
Transmitter
CO PV SP e
metode kontrol yang digunakan pada TIC1106 : transmitter yang digunakan yakni temperature transmitter : output dari kontroler : output dari proses : set point : error
Berikut data proses temperatur yang diambil dari control room, seperti yang ditunjukkan pada
4
gambar 3.4. Terlihat tiga buah grafik yang saling berkaitan. 4.
5.
temperatur keluaran bottom 102-C berdasarkan set point yang diinginkan. Proses yang berlangsung di Rich Solution Heater bersifat direct, semakin besar sinyal kontrol maka temperatur keluaran semakin naik. Control Valve yang dipakai di 101-E bersifat ATO (Air to Open), semakin besar sinyal kontrol maka bukaan valve semakin lebar.
Daftar Pustaka Fisher. 2005. Control Valve Handbook. Emerson Process Management. Iman Kustaman. 2008. Presentasi Basic Instrumentation Handbook Pertamina. 2007. Dasar Instrumentasi dan Proses Kontrol Modul BKOPM. 2008. CO2 Removal Plant Subang Pertamina EP Field Subang. 2011. Presentasi Profile Field Subang Pertamina EP Field Subang. 2008. Presentasi Control Valve Sumardi, ST. MT. 2007. Presentasi Pengantar Dasar Sistem Kontrol http://www.pertamina-ep.com
Gambar 3.4 Grafik SP, PV, dan persentase sinyal kontrol valve pada 101-E
Gambar 3.4 menampilkan grafik SP, PV, dan persentase sinyal control pada 101-E yang diambil pada hari Selasa, 26 Juli 2011. Garis biru berarti grafik waktu-SP. Garis merah berarti grafik waktu-PV. Garis hitam berarti grafik waktupersentase sinyal control. Grafik diatas menggambarkan hubungan antara SP, PV, dan persentase sinyal control. Terlihat grafik SP cenderung tetap. Temperatur yang dijadikan sebagai SP sekitar 70,93 °C. Grafik PV bergerak naik dan turun hendak menyamakan nilainya dengan SP. Perubahan naik turun PV berpengaruh terhadap persentase sinyal control. Saat nilai PV jauh dibawah nilai SP, sinyal control terus bergerak naik agar nilai PV bergerak naik mendekati SP. Setelah jarak PV tidak begitu jauh dengan SP atau dapat dikatakan nilai PV hampir mendekat nilai SP, sinyal kontrol yang tadinya terus bergerak naik sedikit demi sedikit bergerak turun. IV. KESIMPULAN 1. Pada Rich Solution Heater digunakan struktur single control system yang terdiri dari temperature transmitter, temperature indicator controller, dan final control element berupa control valve. 2. Bukaan valve digunakan untuk mengalirkan steam dari boiler guna menaikkan temperature larutan aMDEA yang masuk Rich Solution Heater. 3. Fungsi dari Rich Solution Heater pada CO2 Removal ini yaitu untuk mempertahankan
5
BIOGRAFI Lilik Kurniawan dilahirkan di Semarang, 26 Juli 1990. Jenjang edukasi ditempuh dari SD Muhammadiyah Degan, SLTP Negeri 1 Nanggulan, SMA Negeri 2 Yogyakata dan sekarang sedang menempuh studi S1 di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Konsentrasi Kontrol.
Semarang, Oktober 2011 Mengetahui dan mengesahkan, Dosen Pembimbing
Budi Setiyono, ST. MT NIP. 197005212000121001
6
