Makalah Seminar Kerja Praktek SISTEM KONTROL ANALYZER (PH) PADA INTERMEDIATE TANK (213 KK) Al Vandy Reactor Muhammad (L2F008004) Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Semarang Jln. Prof. Soedharto, Tembalang, Semarang, Jawa Tengah, Indonesia Email:
[email protected] ,
[email protected] Abstrak PT. Multi Nitrotama Kimia (MNK) merupakan indutstri bahan baku bahan peledak (ammonium nitrat) yang menggunakan sistem kendali otomatis dalam proses produksinya. Sistem kendali otomatis sangat diperlukan dalam operasi-operasi industri misalnya untuk pengontrolan tekanan, temperature, level, kadar pH, 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. Ammonium nitrat merupakan bahan baku bahan peledak. Dalam proses produksi ammonium nitrat terdapat 2 plant utama yaitu NA plant dan AN plant. NA plant merupakan plant untuk produksi nitrit acid (asam nitrat). Sedangkan AN plant merupakan plant untuk produksi ammonium nitrat yang merupakan lanjutan dari NA plant. Sistem Kontrol Analyzer pada Intermediate Tank (213 KK) merupakan proses sangat penting dalam menjaga mutu amonium nitrat secara tidak langsung. Dalam laporan ini akan dibahas cara pengkondisian nilai derajat keasaman pada Intermediate Tank (213 KK). Kata kunci: cascade control, Analyzer, derajat keasaman
I. Pendahuluan 1.1 Latar Belakang Sistem kendali sangat diperlukan dalam dunia industri terutama industri pengolahan bahan baku yang mengandalkan kontrol proses. Perkembangan system kendali saat ini dipengaruhi oleh beberapa faktor sebagai berikut: Kebutuhan industri akan teknologi yang lebih maju dan mudah dioperasikan, karena bertambahnya ukuran, kapasitas dan kompleksitas proses produksi. Perkembangan teknologi DCS pada sistem skala besar dan sistem instrumentasi yang mengarah pada pengendalian kontrol proses. PT. Multi Nitrotama Kimia (MNK) Cikampek sebagai suatu industri pengolahan bahan baku (ammonium nitrat) merupakan salah satu indutstri yang menggunakan sistem kendali otomatis dalam proses produksinya. Sistem kendali otomatis sangat diperlukan dalam operasioperasi industri misalnya untuk pengontrolan tekanan, temperature, level, kelembapan, derajat keasaman (pH), 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. Dalam proses produksi ammonium nitrat terdapat 2 plant utama yaitu NA (Nitric Acid) plant dan AN (Ammonium Nitrat) plant. NA plant merupakan plant untuk produksi nitrit acid (asam nitrat). Sedangkan AN plant merupakan plant untuk produksi ammonium nitrat yang merupakan
lanjutan dari NA plant. Sistem Kontrol Analyzer pada Intermediate Tank (213 KK) merupakan proses sangat penting dalam menjaga mutu amonium nitrat secara tidak langsung. Dalam laporan ini akan dibahas cara pengkondisian nilai derajat keasaman pada Intermediate Tank (213 KK). 1.2
Tujuan Tujuan dari kerja praktek ini adalah untuk mempelajari secara khusus mengenai proses pengendalian derajat keasaman (pH) pada Intermediate Tank (213 KK) di PT. MNK Cikampek dan sistem instrumentasi di dalamnya.
1.3
Pembatasan Masalah Makalah ini hanya untuk mempelajari secara khusus mempelajari proses pengendalian derajat keasaman (pH) pada Intermediate Tank (213 KK) di PT. MNK Cikampek dan sistem instrumentasi di dalamnya tidak mempresentasikan tentang :
1. Estimasi pemodelan dan respon sistem pada kendali level 2. Metode tuning yang digunakan 3. Pemorgraman DCS pada loop kendali level 4. Installasi pada alat-alat instrumentasinya 5. Kegagalan dan penanganan dalam proses kendali 6. Sistem interlock dan safety 7. Teknologi DCS secara detail. 8. Sistem ketenagaan (power supply)
II. Dasar Teori 2.1 Sistem Instumentasi Secara definisi ada yang memberikan pernyatan mengenai pengertian dari instrumentasi yang berbunyi “Instrumentation is technology of using instrument device to measure and to control phsical and chemical properties material”, yang artinya instrumentasi adalah suatu teknologi dalam menggunakan alat/instrumen untuk mengukur dan mengendalikan sifat-sifat fisis dan kimia dari suatu bahan. Dari definisi tersebut jelas bahwa dalam instrumentasi terdapat dua kegiatan yang merupakan prinsip dasar instrumentasi yaitu mengukur dan mengendalikan. Di mana kualitas hasil pengukuran akan sangat menentukan hasil dari pengendalian. Di PT MULTI NITROTAMA KIMIA Cikampek, parameter utama yang selalu diukur antara lain: suhu (temperature), aliran (flow), tekanan (pressure), tinggi permukaan (level). Gabungan serta kerja alat-alat pengendalian otomatis ini dinamakan sistem pengendalian, sedangkan semua peralatan yang membentuk sistem pengendalian disebut instrumentasi sistem kendali. 2.2
Istilah Dalam Instrumentasi
Beberapa istilah yang sering digunakan di dalam bidang pengendalian proses antara lain, yaitu: 1. Pengendalian Adalah pekerjaan dengan tujuan utama membuat agar sesuatu yang dapat keluaran disini adalah besaran output dari suatu proses yang bisa terukur dan bisa disebut dengan variabel proses. 2. Proses Adalah rangkaian peralatan yang mempunyai suatu fungsi tertentu. Dan masing-masing mempunyai perilaku dan dinamika yang berlainan. Tergantung karakteristik elemenelemen yang dimiliki. 3. Set point Adalah nilai acuan yang diberikan oleh operator, dengan tujuan agar variable proses selalu berusaha menyamakan ke nilai tersebut. 4. Controller variable Adalah besaran proses yang dikendalikan. Besaran ini diukur dari kondisi atau hasil proses, sehingga disebut juga process variable. 5. Manipulated Variable Adalah variable masukan suat proses atau keluaran dari pengendali yang besarnya dapat berubah-ubah (dimanipulasi) agar keluaran
proses sama besarnya dengan acuannya (set point). 6. Disturbance (gangguan proses) Merupakan besaran yang tidak kita kehendaki, yang dapat menyebabkan berubahnya keluaran prosespada kondisi set point tetap. Istilah gangguan ini biasa disebut dengan load atau beban. 7. Sensing Element Bagian ini biasa disebut dengan sensor atau primary element. Elemen ini merupakan bagian ujung paling depan pada suatu sistem pengukuran yang fungsinya mengubah besaran-besaran fisik menjadi besaran lainnya. Contoh : thermocouple, orifice, dll. 8. Transmitter Adalah alat yang berfungsi untuk membaca sinyal sensing elemen, dan mengubahnya menjadi sinyal yang dapat dimengerti oleh controller. 9. Tranducer Adalah alat pengubah sinyal, biasanya rancu dengan istilah transmitter. Transducer disini digunakan untuk mengartikan sebagai alat pengubah dari besaran satu ke besaran lainnya. Contoh : I/P transducer adalah alat pengubah dari besaran arus listrik ke tekanan udara, yang merupakan kelengkapan sebuah control valve. 10. Control Valve Adalah alat untuk mengatur besaran proses dengan cara membuka atau menutup dengan menggunakan penggerak angin instrument atau elektrik yang diatur controller. Untuk control valve dengan penggerak angin instrument ada dua jenis control valve yaitu ATO/FC (Air To Open/Failure Close) dan ATC/FO(Air To Close/Failure Open). 11. Positioner Alat ini berfungsi sebagai buffer atau penguat agar kerja dari control valve lebih cepat. 2.3 Sinyal Instrumentasi Di dalam ilmu instrumentasi industri dikenal istilah sinyal. Sinyal yaitu besaran yang saling menghubungkan suatu instrumen dengan instrumen lainnya. Sinyal tersebut bisa berupa sinyal keluaran maupun masukan dari instrumeninstrumen pengukuran, instrumen pengendali, maupun instrumen pengendali akhir. Sistem transmisi dapat berupa sinyal pneumatik dan sinyal elektrik. Adapun sinyal –sinyal tersebut memiliki standar yang digunakan di dunia internasional.
Sinyal pneumatik standar instrumentasi yaitu sebesar 3-15 psi atau 0.2-1 kg/cm2. Sementara sinyal elektrik standar instrumentasi yaitu sebesar 1-5 VDC atau 4-20 mA. Sinyal inilah yang biasanya dipergunakan dalam suatu instrumen, baik sebagai masukan dari instrumen maupun sebaiga keluaran dari instrumen tersebut. Di dalam instrumentasi juga dikenal konversi sinyal. Konversi sinyal yaitu mengubah suatu sinyal ke dalam sinyal yang lain yang dapat dimengerti oleh alat instrumen itu sendiri, alat itu disebut converter, namun dalam instrumen dikenal dengan sebutan transducer. Alat ini bisa berupa pengubah sinyal pneumatik ke sinyal elektrik atau biasa disebut P to I (P/I) Transducer. Sebaliknya alat yang mengubah sinyal elektrik ke sinyal pneumatik disebut I to P (I/P) Transducer. III. Sistem Kontrol Analyzer (PH) pada Intermediate Tank (213 KK) 3.1 Intermediate Tank Intermediate tank adalah tangki yang berfungsi untuk mengikat kandungan ammonium nitrat pada proses kondensat, clean kondensat dan delution dengan cara menjaga keasaman larutan tersebut seharga 2 - 3 pH, dengan menambahkan nitric acid, sehingga larutan tersebut dapat digunakan sebagai bahan dalam proses pembuatan ammonium nitrat.
dan C (konsentrasi). Variabel-variabel tersebut dapat dikategorikan menjadi 2 kelompok, yaitu variabel input dan variabel output. Variabel input adalah variabel yang menandai efek lingkungan pada proses kimia yang dituju. Variabel ini juga diklasifikasikan dalam 2 kategori, yaitu: 1. manipulated (adjustable) variable, jika harga variabel tersebut dapat diatur dengan bebas oleh operator atau mekanisme pengendalian. 2. disturbance variable, jika harga tidak dapat diatur oleh operator atau sistem pengendali, tetapi merupakan gangguan. Sedangkan variabel output adalah variabel yang menandakan efek proses kimia terhadap lingkungan yang diklasifikasikan dalam 2 kelompok: 1. measured output variables, jika variabel dapat diketahui dengan pengukuran langsung. 2. unmeasured output variables, jika variabel tidak dapat diketahui dengan pengukuran langsung. Desain elemen pengendalian harus sesuai dengan kebutuhan pengendalian yang diinginkan dan bekerja dalam pengendalian proses pabrik. Untuk mencapai tujuan tersebut perlu diperhatikan langkah-langkah dalam mendesain sistem pengendalian Dalam usaha merancang suatu sistem pengendali yang dapat memenuhi kebutuhan suatu proses. 3.2 Komponen Sistem Pengendalian Di dalam suatu sistem pengendalian terdapat blok-blok bagian penting yang berfungsi antara lain control unit atau controller lalu measuring drive unit atau final control element serta measuring element dan transmitter yang masing-masing mempunyai fungsi yang berbedabeda dan bekeijasama untuk bisa mendapatkan hasil pengukuran yang sama dan meminimalisir error.
Gambar Loop pH pada Intermediate Tank
Sistem pengendali diterapkan untuk memenuhi 3 kelompok kebutuhan, yaitu: 1. menekan pengaruh gangguan eksternal 2. memastikan kestabilan suatu proses kimiawi 3. optimasi kinerja suatu proses kimiawi Variabel-variabel yang terlibat dalam proses operasi pabrik adalah F (laju alir), T (temperatur), P (tekanan), A (derajat keasaman)
Gambar Diagram detail loop pH
serta sarana komunikasi dengan operator, DCS ini menjadi pilihan baik dalam cara pengunaan pengoperasiannya. Karena dapat dikendalikan dengan jarak yang jauh melalui comp.bus kemudian ke field melalui kabel-kabel tray yang sudah standar. Sinyal-sinyal yang datang dari transmitter, dapat berupa sinyal analog (4-20 mA) dan digital (on-off) di proses dalam control room. Di control room terdapat beberapa station yaitu: 1. Analog Station Kabinet analog ini berfungsi sebagai penerima sinyal analog dari field (lapangan) sebagai input dan juga pengirim sinyal analog ke field (lapangan) sebagai output. Sinyal analog di sini adalah sinyal standar 4-20 mA. Gambar KC1 filling pH sensor model PH8FG
Pada loop AIC 203 menggunakan pH transmitter Yokogawa mode PH202G. Untuk sensornya (AE 203) mengunakan kcl filling pH sensor model PH8FG seperti gambar diatas. Sedangkan untuk tempat menyimpan pH sensor (holder) kita menggunakan flow-trough type holder (with cleaner). Berikut gambar flow-trough type holder (with cleaner). Seperti gambar dibawah ini.
Gambar Flow-trough type holder (with cleaner) model PH8HF
DCS yang digunakan pabrik MNK ini buatan yokogawa dengan seri CENTUM μXL 1000 bekerja secara efektif pada semua sistem yang dikontrolnya termasuk AIC 203. mulai dari sistem jaringan pengendali yang terdiri dari Engineering station, Operation consule, data storage, komputer server, dan perangkatperangkat lainnya tergantung kebutuhan plant dengan dua buah processor sebagai back up apabila satu dari CPU ini mengalami fail maka CPU yang satu akan mengambil alih sistem pengendaliannya. Dengan aktifitas pengendalian
Gambar Kabinet Analog Di dalam kabinet analog ini terdapat input/output card dari setiap loop control yang ada. Jadi terdapat 1 card untuk loop level AIC 203. 2. Digital Station Kabinet digital ini berfungsi sebagai penerima sinyal digital dari lapangan (field) sebagai input dan juga pengirim sinyal digital ke lapangan (field) sebagai output. Sinyal digital adalah sinyal on-off yang bisa berupa relay. Sinyal digital di sini di bagi menjadi 2 yaitu: Wet Contact dan Dry Contact. Wet contact adalah metode memutus dan menyambung sinyal tanpa contactor. Dalam kasus ini menyambung adalah mengirimkan sinyal 24 V DC dan memutus adalah mengirimkan sinyal 0 V DC. Dry contact adalah metode memutus dan menyambung sinyal dengan menggunakan contactor. Kelebihan dari metode ini adalah bisa memutus dan menyambungkan sinyal dengan bermacammacam variasi tegangan.
merupakan gas dan steam yang diinject dari ketel uap dengan suhu untuk medium pressure 150°C, dan design untuk control valve ini sampai 200°C.
Gambar 4.9 Kabinet Digital 3. Field Control Station (FCS) FCS yang digunakan adalah model CENTUM CS 1000 diproduksi oleh YOKOGAWA. FCS terhubung ke FCS lain dan ke human interface station (HIS) dan station lainyan dan juga gateways melalui Vlnet. Komunikasi melalui Vlnet memungkinkan database FCS didownload dan bermacam-macam penyetelan FCS dapat dilakukan dan dibaca pada sebuah HIS. FCS juga memungkinkan sebuah HIS memberitahukan alarm. FCS dilengkapi dengan jumlah modul input/output (I/O) yang berbeda yang menghubungkan ke berbagai sinyal input/output analog dan digital. Sinyal tersebut diperoleh modul I/O sebagai input processing, perhitungan kontrol, operasi logic, dan output processing sebelum dikeluarkan dari I/O modul FCS.
Gambar FCS 101
Untuk final control element menggunakan control valve dengan jenis globe valve yang mempunyai bentuk aliran seperti globe dan kelebihannya yaitu mempunyai rangeability yang luas. dengan plug single-p atau single seated dengan aksi failure close. Untuk karakteristiknya sendiri berupa equal precentage Control valve ini di design untuk berbagai macam proses baik itu untuk liquid, gas+steam. Untuk input control valve ini di design menggunakan input range sebesar 80- 200 Kpa atau sekitar 12-30 Psi. Untuk proses di dalamnya
3.3 Cara Kerja Proses Pengendalian pH. Aliran yang mengalir ke tangki intermediate tank berupa clean kondensat, proses kondensat, delution, asam nitrat untuk mengatur pH kondensat 2- 3 pH dan plant air sebagai bubling kondensat dan asam nitrat supaya merata. Untuk cara kerja pengendalian pH, kita hanya mengatur masukan asam nitrat. Sensor pH berfungsi sebagai element pengukur keasaman, pH sensor (AE 203) ini ditempatkan mengunakan holder yang mengunakan ultrasonic cleaning element. Aliran out dari intermediate tank di ukur keasamannya dengan pH sensor, sinyal dari pH sensor ditransmisikan ke pH transmitter (AT 203), lalu di transmisikan ke DCS untuk di kontrol. Hasil dari DCS di transmisikan ke Current to Pneumatic Valve Positioner dengan sinyal elektrik yaitu 4-20 mA. Lalu dari sinyal pneumatic 3 - 15 psi di transmisikan ke control valve yang berfungsi untuk mengatur masukan asam nitrat. Karena proses kondensat yang masuk ke tangki intermediate bersifat basa untuk membuatnya menjadi asam yaitu pH 2 - 3 dengan cara menambahkan asam nitrat yang telah diatur. IV. Kesimpulan 1. Intermediate tank (213KK) adalah tangki yang berfungsi untuk mengikat kandungan ammonium nitrat pada proses kondensat, clean kondensat dan delution dengan cara menjaga keasaman larutan tersebut seharga 2-3 pH yang merupakan proses condensate treatment pada wet section. 2. Tujuan kontrol pH pada intermediate tank (213KK) adalah untuk menekan pengaruh gangguan eksternal, memastikan kestabilan suatu proses kimiawi serta mengoptimasi proses kimiawi pada tanki tersebut. 3. Pada loop AIC 203 menggunakan pH transmitter Yokogawa mode PH202G. Untuk sensornya (AE 203) mengunakan kcl filling pH sensor model PH8FG serta terdapat beberapa cleaning element antara lain ultrasonic tranduser, brush cleaning element, jet cleaning element dan juga terdapat ultrasonic oscillator. 4. Pada loop level pH dipasang AIC 203 bertujuan untuk mengatur masukan aliran asan nitrat agar pH didalam tanki tersebut bernilai 2-3 pH.
5. Perhitungan dan aksi kontrol dilakukan oleh control station dan ditampilkan pada human interface station (HIS). 6. Pada pH sensor harus selalu dilakukan kalibrasi atau buffer check karena glass electrode dapat mengalami kerusakan akibat dipenuhi kotoran atau sludge dari liquid yang diukur, sehingga mengakibatkan nilai yang diukur tidak sesuai. Nilai pH yg dikalibrasi yaitu pH 4, pH 7 dan pH 9 jika terdapat error yang sangat besar electrode glass harus segera diganti yang baru. 7. Control valve yang digunakan adalah jenis globe valve yang mempunyai bentuk aliran seperti globe dan kelebihannya yaitu mempunyai rangeability yang luas. dengan plug single-p atau single seated dengan aksi failure close. Dengan input range sebesar 80- 200 Kpa atau sekitar 12-30 Psi serta ketahanan hingga 200°C. 8. Valve positioner juga berfungsi untuk menambah kepresisian posisi valve dan mengurangi waktu keterlambatan. Biografi Al Vandy Reactor Muhammad dilahirkan di Dumai, Riau 4 Juni 1990. Jenjang edukasi ditempuh dari SD 3 YKPP Dumai, SMP YKPP Dumai, SMA Negeri Plus Provinsi Riau dan sekarang sedang menempuh studi S1 di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Konsentrasi Kontrol. “You Can if You Think Can” adalah motoku. “Always doubt in make a choice” adalah masalahku. Semarang, Oktober 2011 Mengetahui dan mengesahkan, Dosen Pembimbing
Iwan Setiawan, ST. MT NIP. 197309262000121001
